Тепловой режим тепловой сети: Тепловой и гидравлический режим тепловых сетей

Гидравлические режимы и их регулирование

Основными задачами наладки систем теплоснабжения является разработка и внедрение оптимальных тепловых и гидравлических режимов, технических и организационных мероприятий, обеспечивающих максимальную экономичность работы этих систем, высокую эффективность и надежность их эксплуатации, а также микроклимат в жилых, общественных и производственных зданиях соответствующий нормам ГОСТ, СНиП и СанПиН.

Наладка системы теплоснабжения по структуре исполнения состоит из двух этапов.

На первом этапе выполняется обследование системы теплоснабжения, разрабатываются технические и организационные мероприятия, обеспечивающие требуемые расходы теплоносителя при наиболее надежном, безопасном и экономичном для данных условий режиме работы всех элементов системы теплоснабжения.

Обследование системы теплоснабжения включает в себя: обследование схемы тепловых сетей, уточнение и определение диаметров трубопроводов и их состояния (степень шероховатости), длин участков, местные сопротивления, схемы подключения потребителей, уточнение или определение тепловых нагрузок потребителей. Возможно определение реальных нагрузок для отдельных объектов (здания и пр.) в случае отсутствия узлов учёта.

Результатом наладочных работ на первом этапе является: технический отчёт (пояснительная записка к расчёту), приложения к отчёту (расчётные данные в виде таблиц, пьезометрические графики), иллюстрирующие технические решения и рекомендуемые гидравлические режимы работы тепловой сети, которые включают в себя:

• • разработку графиков отпуска тепловой энергии;
• • расчёт расходов сетевой воды;
• • определение фактических гидравлических характеристик источников тепловой энергии и тепловых сетей;
• • определение тепловых нагрузок потребителей;
• • гидравлический расчёт системы теплоснабжения;
• • разработку гидравлического режима работы системы теплоснабжения, построение графиков давлений в тепловых сетях;
• • предложение и обоснование принципиальных схем автоматического регулирования и защиты сетей системы теплоснабжения;
• • анализ смесительных и дроссельных устройств для тепловых вводов;
• • разработку технических и организационных мероприятий, направленных на обеспечение требуемых расходов теплоносителя.

На втором этапе наладки тепловой сети, разработанные технические мероприятия внедряются во всех звеньях системы теплоснабжения, а также производится коррекция размеров (диаметров) отверстий дроссельных устройств, настройка автоматических регуляторов расхода, напора, давления и температуры. Коррекция производится на основании данных о фактическом режиме работы системы теплоснабжения, которые определяются путем замера температуры и давления сетевой воды в подающих и обратных трубопроводах на вводах тепловой сети или внутри системы теплоснабжения

Как правило к основным техническим мероприятиям относятся: перекладка участков сети с недостаточной пропускной способностью, ввод в эксплуатацию насосных станций и установка всех без исключения регулирующих устройств (дроссельных шайб, автоматических регуляторов расхода, напора, давления и температуры. Непосредственно к регулировке системы теплоснабжения приступают после выполнения всех технических мероприятий, разработанных на первом этапе.

После завершения всех мероприятий по наладке тепловых сетей, расход сетевой воды сокращается на 30 — 40 %, ликвидируется большая часть подкачивающих насосных станций, сокращается расход топлива и электроэнергии. Для всех потребителей тепловой энергии, внутренняя температура поддерживается согласно нормам ГОСТ, СНиП и СанПиН. Наладочные работы окупаются в течении одного отопительного периода.

Проведение расчётов гидравлических режимов инженерных коммуникаций с построением пьезометрических графиков проводится с помощью программного комплекса.

ООО «ПрофИнАльянс» применяет гибкие условия оплаты услуг и предлагает оптимальную стоимость. Мы всегда готовы обсудить Ваши пожелания по условиям оплаты. Индивидуальный расчет стоимости по каждому проекту осуществляется исходя из объема данных.

Более подробную информацию, а также точную стоимость услуг по данному виду работ вы можете уточнить, связавшись с нами по телефону или заполнив форму обратной связи в разделе контакты, а также кликнув на вкладку консультация на главной странице.

Гидравлическая регулировка тепловых сетей

С течением времени происходит разрегулировка тепловых сетей из-за подключения /отключения источников и тепловой нагрузки, замены труб, оборудования, изменения схем теплоснабжения, старения и зарастания труб и т.п. В результате разрегулировки сети часть потребителей недополучает тепло при этом другая часть получает избыток тепла. Стандартный выход из ситуации повышение напора в сети и температуры теплоносителя. Как результат повышение температуры в обратном трубопроводе, прорывы трубопроводов, увеличение расхода теплоносителя в том числе и на утечки, сливы с целью повысить циркуляцию, возникновению еще больших перетопов у гидравлически благополучных потребителей. В конечном итоге возрастают затраты на перекачку теплоносителя, увеличивается расход топлива и эксплуатационные затраты. На сегодняшний день самым эффективным способом снижения энергопотерь является оптимизация режима теплоснабжения посредством гидравлической наладки (регулировки) теплосетей. Затраты по проведению работ по регулировке являются минимальными по сравнению с капитальными и текущими работами на системах теплоснабжения. В результате данных работ экономия может составить 20-40%, а срок окупаемости в пределах одного отопительного сезона.

СУТЬ РЕГУЛИРОВКИ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ПРОВЕДЕНИИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ, КОТОРЫЕ ВКЛЮЧАЮТ В СЕБЯ:

НАЛАДОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ: обеспечение потребителей расчетным количеством воды и тепловой энергии. В результате расчета определяются расходы и потери напора в трубопроводах, напоры в узлах сети, в том числе располагаемые напоры у потребителей, температура теплоносителя в узлах сети (при учете тепловых потерь), величина избыточного напора у потребителей, температура внутреннего воздуха.

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ: определение фактических расходов теплоносителя на участках тепловой сети и у потребителей, а также количестве тепловой энергии получаемой потребителем при заданной температуре воды в подающем трубопроводе и располагаемом напоре на источнике, анализ гидравлического и теплового режимов работы системы, а также прогнозирование изменения температуры внутреннего воздуха у потребителей.

РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ИСТОЧНИКЕ: определение минимально необходимой температуры теплоносителя на выходе из источника для обеспечения у каждого потребителя температуры внутреннего воздуха не ниже расчетной.

САМЫМ РАСПРОСТРАНЕННЫМ ВАРИАНТОМ ЯВЛЯЕТСЯ ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДРОССЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ (ШАЙБ) И УСТАНОВКА ИХ У ПОТРЕБИТЕЛЕЙ. Основное преимущество – дешевизна. Основной недостаток – дальнейшая настройка или подстройка системы производится только заменой дроссельных шайб с разборкой узла установки шайб.

ДРУГИМ ВАРИАНТОМ является УСТАНОВКА РЕГУЛИРОВОЧНЫХ (БАЛАНСИРОВАННЫХ) КОНТУРНЫХ ВЕНТЕЛЕЙ НА ПОДАЮЩЕМ ТРУБОПРОВОДЕ, если нет каких либо ограничений, связанных с гидравлическим режимом работы потребителя или оборудования. Регулировочный вентиль может использоваться в качестве запорного устройства. Типоразмер и заданная гидравлическая характеристика (настройка) подбирается в соответствии с гидравлическим расчетом трубопроводов системы теплоснабжения.          Регулятор более дорогое устройство, но позволяет производить подстройку теплосистемы без разборки и слива теплоносителя. Также имеется возможность оперативного измерения расходов и напора на регуляторе.     Результатом регулировки будет приведение в соответствие с нормативами температур воздуха у потребителей, снижением расхода теплоносителя и количества необходимого тепла, снижение температуры в обратном трубопроводе, приведение в соответствие величины напора на источнике и пр.

Гидравлический расчет и моделирование тепловых сетей

Подсистема включает в себя полный набор функциональных компонент и соответствующих им информационных структур базы данных, необходимых для гидравлического расчета и моделирования тепловых сетей и систем теплоснабжения любой сложности.

В частности с помощью подсистемы «Гидравлика» для тепловых сетей пользователи решают следующие задачи: 

Размерность рассчитываемых тепловых сетей, степень их закольцованности, а также количество теплоисточников, работающих на общую сеть – не ограничены.

Задать вопрос

Расчет номинального гидравлического режима

Это классический вид гидравлического расчета, отталкивающийся от задания тепловых нагрузок потребителей. В результате расчета получается полное потокораспределение по подающим и обратным трубопроводам тепловой сети, а также абсолютные и располагаемые напоры во всех точках тепловой сети в предположении, что все потребители получают заявленную тепловую нагрузку при определенных для них температурных графиках.

Насосные группы на источниках тепла, а также в насосных станциях смешения, подпора и подкачки описываются полной моделью, включающей расходно-напорную характеристику группы насосных агрегатов. 

Расходно-напорная характеристика может быть получена двумя способами:

• заданием параметров граничных пар «расход-напор», описывающих рабочую зону;
• заданием паспортных характеристик установленных насосных агрегатов (выбор из справочника насосов) и комбинацией их включения.

Гидравлические сопротивления участков трубопроводов определяются их длиной, внутренним диаметром, суммой местных сопротивлений, коэффициентом шероховатости либо коэффициентом местных потерь (в зависимости от выбранного способа расчета), степенью зарастания.

Инструментарий подсистемы включает в себя табличные и графические средства анализа режима, полученного в результате гидравлического расчета, включая пьезометрические графики.

Расчет текущего (фактического) гидравлического режима

От гидравлического расчета номинального режима отличается тем, что потребители тепла в этом случае моделируются специально рассчитанным на основании «номинального» режима внутренним гидравлическим сопротивлением (включающем обвязку и сужающие устройства), а заданная для них тепловая нагрузка игнорируется. Потокораспределение при этом полностью определяется расходно-напорными характеристиками групп насосных агрегатов, работающих на тепловую сеть, и гидравлическими сопротивлениями участков теплосети и потребителей тепла.

Именно этот вид гидравлического расчета является инструментом имитационного моделирования. С его помощью возможен ответ на вопрос, что произойдет с гидравлическим режимом в тепловой сети при аварийном отключении какого-либо оборудования (нештатная ситуация). Поэтому в литературе этот метод гидравлического расчета часто называют «аварийным».

Существенная особенность метода состоит в том, что гидравлический расчет текущего режима имеет смысл только на модели, откалиброванной для номинального гидравлического режима. Калибровка модели — процесс идентификации и тонкой настройки наборов исходных данных таким образом, чтобы обеспечить максимальное приближение результатов гидравлического расчета к данным натурных измерений («посадка пьезометра на измерения»). Калибровочный инструментарий включен в подсистему и вкратце описан ниже, методика калибровки зависит от множества обстоятельств конкретной организации, эксплуатирующей тепловую сеть.

Для гидравлического расчета текущего режима имеются все те же аналитические инструменты, что и для номинального.

Задать вопрос

Ростехнадзор разъясняет: Еще раз про ОПО тепловые сети (снижение параметров работы трубопроводов тепловой сети)

В связи с участившимися обращениями теплоснабжающих
организаций, эксплуатирующих тепловые сети, по вопросу необходимости
регистрации объектов, на которых они используются, в государственном реестре
опасных производственных объектов Федеральная служба по экологическому,
технологическому и атомному надзору разъясняет.

Согласно статье 2 Федерального закона от 21.07.1997 №
116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (далее
— 39-ФЗ № 116) с учетом критериев, установленных пунктом 2 приложения №1 к ФЗ
№ 116, регистрации в государственном реестре опасных производственных объектов
(далее — ОПО) в числе прочих подлежат объекты,
на которых осуществляется эксплуатация (использование) трубопроводов тепловых
сетей, предназначенных для транспортирования водяного пара с давлением более
0,07 МПа и горячей воды с температурой более 115°С.

При этом, если указанные объекты тепловых сетей осуществляют
теплоснабжение населения и социально значимых категорий потребителей,
определяемых в соответствии с законодательством Российской Федерации в сфере
теплоснабжения, то согласно пункту 3 статьи 2 ФЗ № 116 и подпункту 1
пункта 5 приложения 2 к ФЗ № 116 они
относятся к ОПО III класса опасности, деятельность по эксплуатации которых
может осуществляться организацией при
условии наличия лицензии в соответствии с требованиями законодательства
Российской Федерации о лицензировании.

В качестве критериев отнесения объекта к категории ОПО в
случае оборудования, работающего под избыточным давлением, в том числе
трубопроводов, принимаются максимально
допустимые при нормальном протекании рабочего процесса значения давления и
температуры рабочей среды (пар, вода), определяемые (устанавливаемые) при
разработке проекта трубопровода на основании проводимых при этом расчетов,
указываемые разработчиком в проектной документации и в паспорте трубопровода,
оформляемом после завершения его изготовления (сборки, монтажа).

В настоящее время требования безопасности к оборудованию,
работающему под избыточным давлением (в том числе к трубопроводам),
обязательные при его проектировании и изготовлении, установлены вступившим в
силу с 01.02.2014 техническим регламентом Таможенного союза «О
безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением» (ТР ТС
032/2013) в соответствии с областью распространения, определенной пунктом 2 ТР
ТС 032/2013. В частности, согласно пункту 1 приложения № 2 к ТР ТС
032/2013 при разработке (проектировании) оборудования рассчитывается его
прочность с учетом прогнозируемых нагрузок, которые могут возникнуть в процессе
эксплуатации, и прогнозируемых отклонений от таких нагрузок, при этом в числе
прочих факторов учитываются: нагрузки,
действующие на внутреннюю и наружную поверхности оборудования, в том числе
давление среды; температура окружающей среды и температура рабочей среды,
что соответствует ранее установленным требованиям, в том числе пунктам 2. 1.1 и
2.1.2 Правил устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей
воды (ПБ 10-573-03).

При этом ТР ТС 032/2013, в отличие от ПБ 10-573-03, не
содержит требований промышленной безопасности к эксплуатации, которые в
соответствии с ФЗ № 116 с 22.12.2014 установлены Федеральными нормами
и правилами в области промышленной безопасности «Правила промышленной
безопасности опасных производственных объектов, на которых используется
оборудование, работающее под избыточным давлением» (далее — ФНП ОРПД).

Пунктом 10 ФНП ОРПД с учетом требований действующего
законодательства определено, что установка, размещение и обвязка оборудования, работающего под избыточным
давлением, на объектах, для применения на которых оно предназначено, должны
осуществляться на основании проектной документации, разработанной
специализированными проектными организациями с учетом требований
законодательства Российской Федерации в области промышленной безопасности и
законодательства Российской Федерации о градостроительной деятельности, отклонения от проектной документации не
допускаются. Кроме этого, в соответствии с пунктом 1 статьи 7 ФЗ № 116
в отношении технических устройств, применяемых на ОПО, должно быть обеспечено
соблюдение законодательства о техническом регулировании.

Помимо требований к трубопроводам, установленных в ТР ТС
032/2013, с учетом специфических особенностей, характерных для тепловых сетей,
вытекающих из их назначения, требования, которые необходимо соблюдать при
проектировании тепловых сетей (включая сооружения на них), в том числе при
реконструкции, модернизации, техническом перевооружении и капитальном ремонте
существующих тепловых сетей, установлены в СП
124.13330.2012 «Свод правил. Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП
41-02-2003» (утвержден приказом
Минрегиона России от 30. 06.2012 № 280), разделы 1, 5 (пункт 5.5), 6 (пункты
6.1 — 6.10, 6.25 — 6.34), 9, 10, 12, 13, 15- 17 которого включены в утвержденный
постановлением Правительства Российской Федерации от 26.12.2014 № 1521 перечень
национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов
правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается
соблюдение требований Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ (ред. от
02.07.2013) «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» (далее
— ФЗ № 384).

При отнесении
тепловых сетей к ОПО с учетом температурного графика их работы,
утвержденного теплоснабжающей организацией, определение условий организации
теплоснабжения потребителей, оптимальный температурный график и оценка затрат
при необходимости его изменения в соответствии с пунктом 3 статьи 23
Федерального закона от 27.07.2010№ 190-ФЗ (ред. от 28.11.2015) «О
теплоснабжении» (далее — ФЗ № 190) в числе прочего должны содержаться в схемах теплоснабжения, разрабатываемых и
утверждаемых в порядке, установленном Правительством Российской Федерации.

При этом учитывая, что согласно пункту 20 статьи 2 ФЗ №
190 схема теплоснабжения является
документом, содержащим предпроектные материалы по обоснованию эффективного и
безопасного функционирования системы теплоснабжения, ее развития с учетом
правового регулирования в области энергосбережения и повышения энергетической
эффективности, установленные в ней условия должны первоначально приниматься в
качестве исходных данных при разработке проектной документации трубопроводов
тепловой сети, поскольку, например, заданные параметры рабочей среды
(теплоносителя) во взаимосвязи с нормативным количеством тепловой энергии и
принятым способом их регулирования в зависимости от температуры наружного
воздуха, доставку которой необходимо обеспечить подключенным (подключаемым) к
тепловой сети потребителям тепла, оказывают непосредственное влияние на
решения, принимаемые разработчиком проекта тепловой сети, в том числе касаемо
ее конструктивного исполнения (марки примененных материалов, диаметры и толщины
стенок труб, производительность, напор и количество насосов, устанавливаемых в
составе источника тепловой энергии и тепловой сети, и т. д.).

В связи с этим
вызывает сомнение обоснованность утверждения (без выполнения
технико-экономических расчетов и проектных работ с внесением изменений в
существующую проектную и техническую документацию тепловой сети, а также
реконструкции и наладки системы теплоснабжения) теплоснабжающей организацией
температурных графиков, предусматривающих снижение параметров теплоносителя и
приводящих, соответственно, к изменению режимов работы источника тепла и
тепловой сети с отклонением от требований, ранее установленных при разработке
проектной документации и подтвержденных соответствующими расчетами.

В отношении находящихся в эксплуатации тепловых сетей
обоснованная необходимость изменения режимов ее работы, в том числе уменьшение
температуры рабочей среды (теплоносителя) от ранее установленной температурным
графиком на стадии ее проектирования, может возникнуть при снижении количества
тепловой энергии, фактически необходимого для обеспечения подключенных к
тепловой сети потребителей тепла (зданий и сооружений), например, в случаях
проведения на них комплекса работ, направленных на повышение уровня
энергоэффективности с применением энергосберегающих технологий, материалов и
оборудования.

В числе установленных пунктом 22 постановления
Правительства Российской Федерации от 22.02.2012 № 154 (ред. от 07.10.2014) «О
требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения»
данных, в отношении которых схемы теплоснабжения подлежат ежегодной
актуализации, предусмотрены вопросы: распределения тепловых нагрузок, изменения
тепловых нагрузок в каждой зоне действия источников тепловой энергии, в том
числе за счет их перераспределения; внесения изменений в схему теплоснабжения
(или отказ от внесения изменений) в части включения в нее мероприятий по
обеспечению технической возможности подключения к системам теплоснабжения
объектов капитального строительства; переключения тепловой нагрузки от
котельных на источники с комбинированной выработкой тепловой и электрической
энергии; мероприятий по переоборудованию котельных в источники комбинированной
выработки электрической и тепловой энергии; ввода в эксплуатацию в результате
строительства, реконструкции и технического перевооружения источников тепловой
энергии и соответствия их обязательным требованиям, установленным
законодательством Российской Федерации, и проектной документации; строительства
и реконструкции тепловых сетей, включая их реконструкцию в связи с исчерпанием
установленного и продленного ресурса, и др.

При этом указанным
постановлением Правительства Российской Федерации не предусмотрена возможность
изменения температурного графика работы тепловой сети со снижением параметров
работы от первоначально установленных при ее проектировании в случае отсутствия
каких-либо изменений в схеме теплоснабжения в отношении входящих в ее состав
источников тепла, тепловых сетей и подключенных к ним зданий и сооружений
потребителей тепла.

В отношении ОПО пунктом 2 статьи 8 ФЗ № 116
установлено, что отклонения от проектной
документации ОПО в процессе его строительства, реконструкции, капитального
ремонта, а также от документации на техническое перевооружение, капитальный
ремонт, консервацию и ликвидацию ОПО в процессе его технического
перевооружения, консервации и ликвидации не допускаются. Аналогичное
недопущение в отношении ОПО, на которых используется оборудование, работающее
под избыточным давлением, в том числе трубопроводы, установлено в пункте 10 ФНП
ОРПД.

В связи с
вышеизложенным сообщаем, что снижение параметров работы трубопроводов тепловой
сети без проведения необходимых расчетов и внесения изменений в проектную
документацию и конструкцию тепловой сети либо отдельных ее элементов, узлов,
участков (при необходимости, определяемой проектом) является нарушением
требований промышленной безопасности и не может служить достаточным основанием
для исключения объектов тепловых сетей из государственного реестра ОПО.

Комментарий от нас:

Таким образом, можно сделать вывод, что тепловые сети, которые по факту эксплуатируются с температурой меньше 115 градусов, но по проекту 115 и выше, можно все-таки снять с учета (исключить из ОПО) выполнив комплекс мероприятий, а именно:

• Внести изменения в схему теплоснабжения, в температурный график в отношении входящих в ее состав источников тепла, тепловых сетей и подключенных к ним зданий и сооружений потребителей тепла. Предусмотреть вопросы: распределения тепловых нагрузок, изменения тепловых нагрузок в каждой зоне действия источников тепловой энергии, в том числе за счет их перераспределения; внесения изменений в схему теплоснабжения (или отказ от внесения изменений) в части включения в нее мероприятий по обеспечению технической возможности подключения к системам теплоснабжения объектов капитального строительства; переключения тепловой нагрузки от котельных на источники с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии; мероприятий по переоборудованию котельных в источники комбинированной выработки электрической и тепловой энергии; ввода в эксплуатацию в результате строительства, реконструкции и технического перевооружения источников тепловой энергии и соответствия их обязательным требованиям, установленным законодательством Российской Федерации, и проектной документации; строительства и реконструкции тепловых сетей, включая их реконструкцию в связи с исчерпанием установленного и продленного ресурса, и др.
• Утвердить новый температурный график
• Разработать документацию на техническое перевооружение ОПО, включающее обязательно оснащение тепловых сетей фиксирующей и регулирующей аппаратурой (по температуре). Помимо этого, такой проект обязательно должен содержать, во-первых, обоснование необходимости понижения температуры в следствии, уменьшения количества тепловой энергии, фактически необходимой для обеспечения подключенных к тепловой сети потребителей тепла (зданий и сооружений), например, в случаях проведения на них комплекса работ, направленных на повышение уровня энергоэффективности с применением энергосберегающих технологий, материалов и оборудования. Во-вторых, расчет параметров тепловой сети , в том числе касаемо ее конструктивного исполнения (марки примененных материалов, диаметры и толщины стенок труб, производительность, напор и количество насосов, устанавливаемых в составе источника тепловой энергии и тепловой сети, и т. д.) на основе схемы теплоснабжения.
• Провести экспертизу промышленной безопасности документации на техническое перевооружение ОПО с внесением в реестр
• Провести сами работы по техническому перевооружению тепловых сетей, наладку тепловых сетей с оформлением подтверждающих документов и внесением записей в паспорта трубопроводов

ООО «ТЭС» — инжиниринговые услуги в сфере ЖКХ и промышленности

Необходимость проведения наладочных работ возникает вследствие неудовлетворительной работы систем теплопотребления объектов системы теплоснабжения и перегревов обратной сетевой воды из-за общей гидравлической разрегулировки системы теплоснабжения.

Целью работы является создание оптимальных гидравлического и теплового режимов для обеспечения качественного теплоснабжения всех подключенных потребителей.

Проведение наладочных работ основывается на принципе максимально возможного повышения гидравлической устойчивости, что достигается путем подбора и установки дроссельных устройств (ручных балансировочных клапанов, дроссельных диафрагм, сопел элеваторов).

При производстве необходимых расчетов используются специальные методики, которые основаны на действующих нормативных документах.

При расчетах теплового и гидравлического режимов применяются программные комплексы ПРК ZuluThermo 7.0, GID2005 KZ ПКФ «Сириус».

Работа по регулировке тепловой сети

I этап

• обследование водонагревательных установок котельной;
• обследование тепловой сети и потребителей;
• составление расчетных схем;
• определение расчетных тепловых нагрузок;
• гидравлический расчет тепловых сетей;
• разработка режимов работы системы теплоснабжения;
• расчет дроссельных устройств системы теплоснабжения;
• составление перечня мероприятий по внедрению разработанных режимов.

II этап

• выявление готовности источника тепла к регулировке тепловых сетей с проверкой внедрения рекомендованных мероприятий;
• выявление готовности тепловых сетей к регулировке с проверкой внедрения рекомендованных мероприятий;
• выявление готовности тепловых пунктов к регулировке и приему тепла с проверкой внедрения рекомендованных мероприятий;
• замеры параметров работы тепловых сетей в характерных точках после внедрения рекомендованных мероприятий;
• корректировка (при необходимости) параметров дроссельных органов и составление перечня мероприятий по внедрению разработанных режимов.

III этап

• регулирование источника тепла: корректировка работы водоподогревательной установки с доведением параметров до расчетных значений; проверка соответствия параметров значениям, установленным техническими условиями; анализ работы установки с выдачей рекомендаций по доведению режимов до расчетных;
• регулирование тепловой сети с построением фактического графика давлений, выявлением причин, вызывающих потери давления, проведением повторных замеров давлений по сети, корректировкой заданного гидравлического режима.

Проекты

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

Почему нельзя регулировать температуру теплоносителя каждый час?

Не в первый раз специалистам компании поступают обращения от горожан многоквартирных домов с просьбой «жарить похолоднее», а в завершение один и тот же вопрос: неужели нельзя оперативно корректировать параметры теплоносителя в системе теплоснабжения, ориентируясь на с температуру воздуха за окном? С такой ситуацией люди сталкиваются, как правило, в начале или в конце отопительного сезона, когда еще (уже) стоят теплые деньки, а батареи «жарят» по полной. Но изменчивая погода случается и в середине зимы.

Александр Паденков

главный инженер Абаканской ТЭЦ

«В течение суток мы корректируем температуру около четырех раз. То есть утром, где-то после обеда, вечером и ночью. Ее нельзя менять  ежечасно, так как теплосеть инерционна и порядка шести часов у нас идет оборачиваемость горячей воды от станции до города и назад»

Параметры теплоносителя в городской системе теплоснабжения держатся в соответствии с температурным графиком, утвержденным мэрией города, а диспетчер тепловых сетей задает эту температуру впоследствии для всех теплоисточников – не только для ТЭЦ, но и действующих на территории города котельных. 

По словам Александра Паденкова, регулировать температуру теплоносителя чаще четырех раз в день нецелесообразно, поскольку с момента выравнивания температурного режима теплосети с температурой наружного воздуха, результат потребители почувствуют только через несколько часов. Более того, с технической точки зрения – частые смены режимов могут негативно сказаться на трубопроводах, и, как итог повреждение сварных швов и порывы на теплосетях. К примеру, 100 метров трубопровода при нагревании можно легко увеличить на один метр в длину.

КСТАТИ ГОВОРЯ…

Энергетики Сибирской генерирующей компании напоминают потребителям о том, что на температуру в помещении (читай, в квартире), влияет ряд других факторов:

• 
  регулировка внутридомовой системы отопления (этим занимается управляющая компания)
• теплоизоляция отдельных квартир и целых домов
• состояние внутридомовой системы отопления

Никто не может заставить горожан потреблять тепла больше, чем необходимо им самим. Поэтому отрегулировать температуру в квартире до комфортных условий можно, обратившись в свою управляющую компанию.

ТЕМА 7 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ. 7.1 Основы гидравлического режима

15.2. Расчетные зависимости

Лекция 5 5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ 5.. Основные задачи При проектировании тепловых сетей основная задача гидравлического расчета состоит в определении диаметров труб по заданным

Подробнее

Лекция ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ

Лекция 3 3. ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ Тепловые пункты представляют собой узлы подключения потребителей тепловой энергии к тепловым сетям и предназначены для подготовки теплоносителя, регулирования его параметров

Подробнее

ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЕ И ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ

Введение На сегодняшний день в России принята централизованная система теплоснабжения, при которой тепло вырабатывается на ТЭЦ или в котельных, а преобразование его к нужным параметрам для сетей отопления

Подробнее

Задание. Таблица выбора вариантов

Задание Каждому студенту необходимо решить по одной задаче из каждого раздела практикума и прикрепить решение на учебном портале через расписание для проверки преподавателем. варианта выбирать согласно

Подробнее

ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Инженерно-строительный институт Кафедра инженерных систем зданий

Подробнее

ООО «Электронсервис» ОГЛАВЛЕНИЕ

Актуализация схемы теплоснабжения муниципального образования города Ханты-Мансийск Обосновывающие материалы Книга 3 Электронная модель системы теплоснабжения городского округа Муниципальный контракт 249/1

Подробнее

Расчет дроссельной шайбы для газа

Расчет дроссельной шайбы для газа >>> Расчет дроссельной шайбы для газа Расчет дроссельной шайбы для газа Пояснение причин и обсуждение на странице. Этот расчет сводится к увязке потерь давления на параллельно

Подробнее

Дата введения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО СОСТАВЛЕНИЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ СИСТЕМ ТРАНСПОРТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ «РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР СЕТЕВОЙ ВОДЫ В ПОДАЮЩИХ И ОБРАТНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ» И «УДЕЛЬНЫЙ

Подробнее

Схема отопительной установки

ОТОПЛЕНИЕ 1. Область применения насоса. Рабочая точка. Напор и расход. 2. Где же реальная рабочая точка? 3. Как рассчитать Расход и Напор циркуляционного насоса? 4. Насосы с мокрым ротором. Конструкция,

Подробнее

УДК ( ): Томилова Н.И., Цок Г.Н., Калинин А.А.

УДК (59.9+58.5):532.54 Томилова Н.И., Цок Г.Н., Калинин А.А. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СТАЦИОНАРНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ТЕПЛОСНАБЖАЮЩИХ СИСТЕМ В ТЕРМИНАХ РЕЖИМНЫХ СИТУАЦИЙ В соответствии с принципом перехода

Подробнее

При проектировании энергоэффективных

Отопление www.abok.ru Система отопления жилых зданий массового строительства и реконструкции с комплексным автоматизированием теплопотребления В. Л. Грановский, канд. техн. наук, зав. лабораторией инженерного

Подробнее

ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ (в трех частях)

РОССИЙСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ «ЕЭС РОССИИ» МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО СОСТАВЛЕНИЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ СИСТЕМ ТРАНСПОРТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ (в трех частях) РД 153-34.0-20.523-98

Подробнее

Радиаторные системы отопления.

Основные схемы радиаторных систем отопления. Радиаторные системы отопления. Водяное радиаторное отопление получило в настоящее время наибольшее распространение. Опыт эксплуатации водяных радиаторных систем

Подробнее

Практическое занятие мая 2017 г.

4 мая 2017 г. Теплопроводность это процесс распространения теплоты между соприкасающимися телами или частями одного тела с различной температурой. Для осуществления теплопроводности необходимы два условия:

Подробнее

ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЕ И ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ

Время прошедшее Это была удачная находка. На заре отечественной теплофикации была предложена и успешно реализована идея подогрева горячей воды в водоподогревателях двух ступеней. Сначала холодная водопроводная

Подробнее

ТЕПЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ОТОПИТЕЛЬНОЙ СЕТИ В ТЕПЛЫХ ЗДАНИЯХ

В работе представлены результаты расчетов тепловых потерь сетевыми трубопроводами для отопления идеализированных групп зданий при утеплении конструкций. Предложены формулы для оценки снижения теплопотерь по теплопроводам в зависимости от эффективности энергосберегающих мероприятий при строительстве и закона изменения стоимости сетевой воды по длине теплопровода, который определяется конфигурацией сети.Целью данной работы является оценка влияния гидравлических характеристик ответвлений тепловой сети на величину тепловых потерь при транспортировке теплоносителя по трубопроводам распределительной сети к зданиям. Рассмотрены идеализированные группы зданий с одинаковым количеством объектов и одинаковым максимальным расходом тепла на отопление отдельного здания. Для систем централизованного теплоснабжения эффективность реализации энергосберегающих мероприятий для зданий определяется не только снижением затрат на отопление, но и изменением эксплуатационных затрат тепловой сети микрорайона, что вызвано снижением затрат на теплоноситель. и теплопотери по трубопроводам системы отопления.Величина тепловых потерь зависит от способа прокладки сетей, параметров изоляции трубопроводов, температуры теплоносителя и окружающей среды. В случае выборочного утепления зданий выбранной группы зданий на расположение утепленного здания существенное влияние оказывает величина тепловых потерь в трубопроводах. При централизованном теплоснабжении фрагмент снижения нагрузки строительства за счет утепления зданий и снижения температуры сетевой воды в отопительных приборах помещений вызывает снижение тепловых потерь в трубопроводах распределительных тепловых сетей.Величина снижения теплопотерь по теплопроводам определяется степенью эффективности утепления зданий, характером изменения стоимости теплоносителя по длине ответвления тепловой сети и практически не зависит от величина тепловой нагрузки зданий. Ключевые слова: централизованное теплоснабжение, централизованные системы отопления, энергосбережение, сопротивление теплопередаче, ограждающие конструкции, коэффициент полезного действия изоляции здания, распределительные тепловые сети, теплопотери по трубопроводам.

Тепловая сеть 5-го поколения Плимута — CIBSE Journal

Строительство сети централизованного теплоснабжения и охлаждения 5-го поколения (5DHC) городского совета Плимута началось в прошлом месяце. Все началось с бурения первой скважины в водоносном горизонте, протекающем через пласты известняка, на которых построены районы города.

Этот новаторский низкоуглеродный проект обеспечит теплом и прохладой группу зданий в центре города. Это одна из нескольких схем централизованного энергоснабжения, которую совет изучает в рамках своей инициативы по сокращению выбросов углерода.

«Производство тепла представляет собой крупнейшее энергопотребление в Великобритании, поэтому для достижения нашей цели по сокращению выбросов парниковых газов как минимум на 80% к 2050 году нам придется декарбонизировать почти все производство тепла в зданиях и большинстве промышленных процессов», — говорит Джон. Селман, городской чиновник по низкоуглеродным технологиям в Службе стратегического планирования и инфраструктуры городского совета Плимута.

«Снижение спроса на тепло за счет повышения энергоэффективности будет иметь важное значение, но этого будет недостаточно для достижения цели 2050 года.Здесь свою роль должны сыграть тепловые сети ».

Городской совет Плимута никогда не был пионером в использовании 5DHC, в котором нет центрального энергетического центра и используются местные тепловые насосы для обогрева и охлаждения зданий. Но он участвовал в проекте HeatNet (софинансируемом Европейским фондом регионального развития) по изучению возможности внедрения в городе сетей централизованного теплоснабжения и охлаждения (4DHC) четвертого поколения. «Обычные тепловые сети обычно поставляют горячую воду с температурой 80 ° C, обычно нагретую газовыми котлами или двигателем ТЭЦ, установленным в энергоцентре», — говорит Селман.

«Централизованные сети и холодильные сети четвертого поколения включают энергоцентр, поставляющий тепло в здания, но они обычно работают при более низкой температуре, чем обычные сети [около 55 ° C], что приводит к более низким капитальным затратам, меньшим потерям тепла и большей энергоэффективности».

Сети 4DHC вызвали интерес для совета, потому что их более низкие температуры давали городу возможность использовать отходящее тепло и возобновляемые источники тепла, такие как наземный источник. «Плимут — одна из пилотных площадок, демонстрирующих применение этого подхода», — говорит Селман.

Отображение тепловых нагрузок

В рамках проекта HeatNet совет поручил BuroHappold и Building Energy Solutions составить карту тепловых нагрузок и источников тепла для города. На карте было указано несколько источников тепла в Плимуте, включая: завод по переработке энергии из отходов; потенциальный тепловой насос с источником морской воды; тепловые насосы подземных вод; рекуперация тепла дата-центра; и рекуперация тепла инсинератора.

Было определено семь кластеров, которые получат выгоду от источников тепла.Затем BuroHappold разработал эскизный проект и оценку затрат на превращение этих кластеров в тепловые сети, а также дорожную карту для общегородского внедрения сети 4DHC.

Команда проекта HeatNet посетила проект в Херлене, Нидерланды, под названием Mijnwater (Minewater). Схема основана на двух затопленных шахтных стволах, одна из которых поддерживается в тепле, а другая — в холоде для сезонного хранения. Стволы шахты соединены теплым и холодным коллектором с общим отводом.

Схема Mijnwater радикально отличается от всех предыдущих поколений сетей централизованного теплоснабжения и энергоснабжения тем, что в ней нет традиционного энергетического центра.Вместо этого каждое здание включает в себя тепловой насос, подключенный к коллекторам тепла и холода, который снабжает каждое здание в сети теплом или холодом по мере необходимости только по двум трубам. В режиме охлаждения тепловые насосы отводят тепло в коллектор.

«Это означает, что охлаждение для одного человека может быть обогревом для другого», — говорит Селман. «Этот обмен тепла может происходить одновременно или в разные сезоны, поэтому вам нужен накопитель тепла», — добавляет он.
Подход Mijnwater к децентрализованному тепловому насосу вывел концепцию тепловых интеллектуальных энергетических сетей на новый уровень — 5DHC (см. Рисунок 2).

Поправка пятая

«Приблизительный показатель при принятии решения о том, будет ли сеть 5DHC подходящей, — это то, что более 40% нагрузки должно охлаждаться», — говорит Селман.

После визита городской совет Плимута «пересмотрел свои существующие предложения по 4DHC и рассмотрел их через призму 5DHC», — говорит Селман. Выяснилось, что в центре Плимута достаточно коммерческих зданий с потребностью в охлаждении, чтобы удовлетворить характеристику 40%.

«Мы изучили идею центра города более подробно, основываясь на некоторых районах города, которые контролирует совет, а также на некоторых новых районах развития, на которые совет будет иметь влияние», — говорит Селман.

«Что мы пытаемся сделать для разработки этой схемы, так это создать зону низкотемпературных зданий, сосредоточенную вокруг офисов городского совета, где любые новые здания должны будут проектироваться вокруг низкотемпературной системы отопления везде, где это возможно».

Схема особенно подходит для этой области из-за баланса тепла зимой и потребности в охлаждении летом. Тепловые насосы, которые отводят тепло в низкотемпературный контур, гораздо эффективнее использовать чиллеры, отводящие тепло в наружный воздух.

Селман говорит, что охлаждающий аспект проектов 5DHC является «реальным бонусом, особенно в связи с потеплением климата, потому что они могут обеспечивать охлаждение более эффективным способом, чем традиционная схема централизованного энергоснабжения, что дает некоторую гибкость и устойчивость, поскольку бизнес-модель неприменима. просто сосредоточился на жаре ».

В сети появится универмаг House of Fraser. Предоставлено: iStock — Гай Н. Харрис

.

Точно так же низкотемпературная тепловая сеть идеально подходит для отопления новостроек с подогревом полов с помощью теплового насоса.Тем не менее, тепловой насос с более высокой температурой можно использовать для подачи тепла в более старое здание, например, с помощью радиаторной системы отопления. «С новыми зданиями вы можете снизить температуру отопления в большей степени, чем это было бы возможно при модернизации», — говорит Селман.

Он говорит, что текущая финансовая жизнеспособность схемы 5DHC основана на предположении, что программа стимулирования использования возобновляемых источников тепла (RHI) будет по-прежнему доступна через два года. «Возникает вопрос о существовании программы RHI после 2021 года, без которой экономическая составляющая схемы может не улучшиться», — предупреждает Селман.

Вместо использования заброшенных шахтных стволов, как в Нидерландах, схема Плимута использует геологию. «Мы изучили геологию под Плимутом и обнаружили толстый пояс из известняка, через который проходит основной водоносный горизонт со значительным потоком воды с востока на запад, который мы могли бы использовать в качестве источника тепла или охлаждения или, возможно, для хранения тепла», — говорит Селман.

Скважины, пробуренные подрядчиком, являются первым шагом вперед по схеме 5DHC — «система будет использовать отводящую скважину и скважину для перезарядки, чтобы уравновесить сверхнизкие температуры коллектора. Для этого потребуется лицензия Агентства окружающей среды на забор воды », — говорит Селман. «В конце концов, мы хотели бы связать систему с тепловым насосом с источником морской воды, где новая сеть встречается с кромкой воды».
План состоит в том, чтобы двухтрубная сеть связала разработки, чтобы они могли делиться энергией; ожидается, что температура теплой трубы составит около 14 ° C, что примерно соответствует температуре земли, а в холодной трубе — 6 ° C, поэтому нет необходимости изолировать трубы.

«Сеть со сверхнизкими температурами позволит регенерировать обычно отбракованную энергию и распределять ее внутри, а также между зданиями, которые отапливают и охлаждают, одновременно снижая первичную энергию и повышая эффективность системы», — говорит Джастин Этерингтон, заместитель директора BuroHappold. Инженерное дело.В зависимости от результатов выемки колодца ожидается, что избыточная энергия будет накапливаться в земле, чтобы поддерживать систему в равновесии.

Строительные тепловые насосы

Тепловые насосы в каждом здании обеспечивают обогрев или охлаждение по мере необходимости. «Это очень изящное решение, которое позволяет соединить здание двумя трубами, с помощью которых вы можете удовлетворить потребности как в отоплении, так и в охлаждении, что означает, что зданию не нужны дымоходы, подключение газа, чиллеры на крыше или установка», — сказал Этерингтон. говорит.В каждом здании тепловой насос подключен к тепловому аккумулятору. Это позволяет зданию удовлетворять пиковую нагрузку без необходимости соответствующего размера тепловых насосов.

Хранилище также дает городскому совету Плимута возможность отключать нагрузки от системы, чтобы он мог использовать систему в режиме динамического реагирования на запросы. «Вы можете использовать тепловые насосы для связи с электросетью как часть многовекторной реакции, например, скачок цен на электроэнергию между пятью и семью часами, так что вы можете управлять тепловым накопителем, чтобы избежать работы HP при этом. время, — говорит Этерингтон.

Сеть 5DHC в Плимуте находится на первых этапах развития. Команда HeatNet сосредоточена на определении местных возможностей для достижения работающей установки интеллектуальной сети тепловой энергии в Плимуте. Есть надежда, что уроки этого проекта могут послужить основой для руководства в Великобритании, чтобы побудить других следовать аналогичным подходам.

■ Проект и уроки для аналогичных разработок были представлены на техническом симпозиуме CIBSE 2019 года Филом Джонсом из Building Energy Solutions, который участвовал в проекте
■ Прочтите о сбалансированной энергетической сети 5DHC во внутренних сетях Университета Саут-Бэнк для heat », май 2019 г., CIBSE Journal Commercial Heating Special,

Системы централизованного теплоснабжения — блог FluidFlow о системе централизованного теплоснабжения

Системы централизованного теплоснабжения

обеспечивают способ доставки тепловой энергии в здания (дома и предприятия) в виде горячей воды через распределительную сеть из трубопроводов с высокой изоляцией.Таким образом, в здания, подключенные к системе централизованного теплоснабжения, доставляется тепло, а не топливо. Таким образом, для зданий не требуется отдельная и выделенная теплоцентраль, а это означает, что также не требуется подача газа или нефти в здания. Теплообменник в каждом здании передает тепловую энергию из сети системы централизованного теплоснабжения в собственную водную систему отопления здания, которая, в свою очередь, обеспечивает теплом как для отопления помещений, так и для нужд горячего водоснабжения.

Системы централизованного теплоснабжения могут использовать и распределять тепло из множества различных источников, включая источники тепла, которые обычно рассматриваются как побочный продукт и обычно выбрасываются в отходы, например, отходящее тепло от производства электроэнергии и промышленности. Чтобы выразить это в некотором контексте, было подсчитано, что в настоящее время в Европе уходит достаточно тепла, которое теряется при производстве электроэнергии и крупных промышленных предприятиях, чтобы удовлетворить все потребности Европы в отоплении.

После создания системы централизованного теплоснабжения к ней можно подключить множество источников тепла.Прекрасным примером системы является сеть централизованного теплоснабжения в Ольборге, Дания. Эта система в основном работает за счет отработанного тепла от крупного производителя цемента, но также утилизирует отработанное тепло местного крематория (Ой!). Процессы производства цемента требуют сжигания известняка и песка при высоких температурах около 1500 ^o C. В результате завод портландцемента в Ольборге имеет огромные запасы избыточного тепла. Это избыточное тепло собиралось через теплообменники и т. Д. И передавалось в сеть системы централизованного теплоснабжения Ольборга.

В случае крематория дымовые газы охлаждаются примерно с 800 до 120–^– ° C, и вместо выделения тепла в атмосферу оно собирается для использования в системе централизованного теплоснабжения.

Было указано, что отходящее тепло цементного завода и крематория может отапливать около 24 000 и около 20-25 обычных датских домов ежегодно.

Было указано, что отходящее тепло цементного завода может обогревать примерно 24 000 домов, а отходящее тепло крематория может обогревать примерно 20-25 обычных датских домов ежегодно.

Поскольку основная функция крематория и цементного завода не заключается в производстве тепла, избыточное отходящее тепло можно рассматривать как побочный продукт соответствующих процессов.

Высокий уровень рециркулируемого тепла и возобновляемых источников служит для снижения выбросов от систем централизованного теплоснабжения, а также снижения стоимости тепла для конечного потребителя.

Германия — еще один хороший пример страны, использующей системы централизованного теплоснабжения. В 2018 году было заявлено, что около 14% всех домохозяйств были подключены к системе централизованного теплоснабжения.Гамбург выделялся в то время лидером в области централизованного теплоснабжения. В городе имелась обширная сеть централизованного теплоснабжения, обеспечивающая 19% всех домохозяйств. Эта цифра должна вырасти в 2020 году за счет подключения дополнительных 50 000 домашних хозяйств к сети централизованного теплоснабжения.

Мы увидели, что системы централизованного теплоснабжения могут облегчить использование того, что можно рассматривать как отходящее тепло. В дополнение к этому, системы ЦО могут также способствовать использованию возобновляемых источников тепла, а также объединять источники тепла и электроэнергии (ТЭЦ).Технология ЦТ переживает переходный период. Давайте посмотрим на краткое описание поколений систем централизованного теплоснабжения.

Первое поколение: это поколение системы централизованного теплоснабжения основывалось на распределении тепла посредством пара. Это поколение датируется примерно 1880-1930 годами.

Второе поколение: Это поколение системы ЦО основывалось на использовании горячей воды под давлением с температурой выше 100 ^o C (212 F). Это поколение датируется примерно 1930-1980 годами.

Третье поколение: это поколение, как и второе поколение, также основывалось на использовании горячей воды под давлением.В этом поколении используются сборные предварительно изолированные трубы, закопанные в землю и работающие при температурах ниже 100 ^o C (212 F). Это поколение датируется примерно с 1980 по 2010 год.

Четвертое поколение: иногда обозначаемое как 4 ^{-е поколение} , 4GDH. Системы ЦТ этого поколения предназначены для работы при более низких температурах (около 65 ^o C (149 F)) и позволяют использовать более экономичный метод, чем метод с использованием ископаемого топлива. Концепция продвигает пользователей возобновляемых и вторичных источников тепла, таких как подземные воды или теплоотдача от отработанного тепла.Более низкие температуры распределения воды помогают ограничить затраты на установку и снизить теплопотери на землю. Возможность подключать возобновляемые источники тепла, а также собирать отходящее тепло, помогает ограничить выбросы углерода и уменьшить загрязнение воздуха.

Развитие систем ЦТ на протяжении многих лет совпадает с продвижением более высоких стандартов изоляции зданий. Это, в свою очередь, снижает потребность в тепле в системе ЦТ. Это поколение датируется примерно 2010 годом.

Пятое поколение: Эволюция систем ЦО заключается в переходе к водораспределительным сетям, которые работают в условиях температуры земли, близкой к температуре окружающей среды.Это снижает потери тепла на землю, а также снижает общие требования к изоляции. Затем эта система подключается к тепловым насосам в каждом подключенном здании. Тепловой насос отбирает тепло из системы ЦТ по мере необходимости. Та же самая тепловая насосная установка при работе в режиме обратного цикла отводит тепло обратно в сеть ЦО, когда зданию требуется охлаждение. Этот тип операционной системы позволяет распределять тепло между зданиями из одной и той же сети ЦТ. Система ЦТ пятого поколения обеспечивает эффективное отопление и охлаждение в центрах городов, не вызывая загрязнения воздуха и не выделяя CO ₂ .

Обратите внимание, это дает краткий обзор системы ЦТ пятого поколения. Рекомендуется продолжить чтение по этой теме для лучшего понимания более технических аспектов системы.

FluidFlow использовался для проектирования и моделирования систем централизованного теплоснабжения и охлаждения, помогая проектировщикам понять условия эксплуатации. На рисунке 1 представлен обзор части плана значительной системы централизованного теплоснабжения, а на рисунке 2 — обзор системы централизованного охлаждения, смоделированной в FluidFlow.

Рисунок 1: Система централизованного теплоснабжения (частичный план).

Рисунок 2: Установка централизованного охлаждения.

Используя подходящий программный инструмент, вы можете разработать модель системы и оценить различные рабочие условия, такие как изменяющиеся профили потребностей пользователей. FluidFlow может выполнять такое моделирование и может использоваться для моделирования и оценки других сценариев эксплуатации систем централизованного теплоснабжения. В качестве примера возьмем следующий случай. Например, у вас может быть существующая система централизованного теплоснабжения, которая разделена на две сети, каждая из которых питается от отдельной электростанции с выделенными насосными станциями.Каждая силовая установка имеет два комплекта насосов с теплообменниками между ними. В летний период, когда расход низкий (необходимо нагревать только бытовую воду), вся сеть централизованного теплоснабжения может обеспечиваться только от одной электростанции. Однако может потребоваться анализ всей сети в такой работе, но с включенным обогревом, таким образом, с увеличенным расходом.

Возможно, система, которую вы хотите оценить, является существующей, и вы хотите выявить потенциальные узкие места путем расширения системы.Узкое место может возникнуть, когда трубы слишком малы, чтобы полностью удовлетворить потребности конечных пользователей. Это может привести к недостаточному перепаду давления в зонах централизованного теплоснабжения, прикрепленных к этим трубам. При расширении сетей централизованного теплоснабжения обычно возникают узкие места, так как диаметр труб, которые ранее были достаточными, становится слишком малым по мере того, как все больше и больше потребителей централизованного теплоснабжения подключаются к сети.

В прошлом узкие места устранялись повышением начальной температуры или начального перепада давления.Однако это может привести к более высоким затратам и более высоким потерям тепла (в сценарии повышенной температуры). В попытке избежать этого рассматривается замена труб на трубы большего диаметра, так как это увеличивает проходное сечение, снижая скорость.

Существуют и другие методы, помогающие решить проблемы с узкими местами, некоторые из которых включают добавление источника тепла на стороне выхода узкого места или установку накопителя тепловой энергии. Системы моделирования с помощью подходящего программного инструмента могут значительно помочь в выявлении недостатков системы или потенциальных недостатков при дальнейшем расширении системы.Ключевым моментом здесь является то, что моделирование систем ЦО может помочь предотвратить «узкие места» в новых или расширяемых существующих системах.

Если устранить узкие места, можно будет дополнительно оптимизировать систему, снизив температуру подачи или уменьшив мощность накачки в сети. Это привело бы к преимуществам, включая более низкие тепловые потери и меньшую требуемую мощность насоса.

Другой сценарий, который может привести к возникновению узких мест в системах ЦО, — это переход к системам ЦТ 4 ^{-го поколения} , поскольку эти системы характеризуются более низкими температурами подачи и возврата, чем более старые более традиционные температуры ЦО.Доказано, что более низкие температуры подачи в сетях ЦО демонстрируют множество преимуществ, таких как более низкие тепловые потери и более простое внедрение возобновляемых или отработанных источников тепла. Однако более низкая температура подачи также может вызвать некоторые трудности. Разница температур в системах поколения 4 ^— составляет около 30 ^o C, что ниже, чем нормальная разница температур около 40 ^o C в системах третьего поколения. Внедрение или переход от третьего к четвертому поколению в существующей системе приведет к увеличению расхода.Это увеличивает риск возникновения узких мест. То же самое относится к снижению температуры подачи без снижения соответствующей температуры обратки.

Чтобы избежать слишком высоких скоростей потока в трубопроводах, важно, чтобы охлаждение потребителей работало хорошо и эффективно, а работа насоса была хорошо оптимизирована.

Было проведено исследование различных подходов или методов, которые могли и применялись в прошлом для решения проблем, связанных с узкими местами.Меры были разделены на три группы: 1) Увеличение мощности распределения, 2) Местное снабжение и 3) Управление потоками потребителей.

Увеличенная пропускная способность

Температура подачи: Подход к увеличению температуры подачи может дать положительные результаты в плане простоты и надежности с небольшими инвестиционными затратами или без них. Однако это потенциально дорогостоящий вариант, если он не используется в небольших сетях и в течение коротких периодов времени. Такой подход может привести к увеличению тепловых потерь и снижению эффективности некоторых производственных единиц, что, следовательно, может привести к негативным экологическим последствиям.Требования к техническому обслуживанию также могут возрасти в результате более высокой вероятности утечек, а также более высокого износа труб. Это, конечно, зависит от того, как часто и как долго повышается температура подачи. Многократные повышения и понижения температуры подачи могут вызвать больший износ труб, чем случайные или менее частые повышения и понижения.

Увеличенная площадь трубы: хотя увеличение диаметра трубы может улучшить условия эксплуатации и повысить надежность, это может быть осложнено необходимостью произвести выемку грунта и заменить существующие трубы.Конечно, это может потребовать значительных капиталовложений.

Насосы: Насосы обеспечивают давление в сети ЦТ и могут использоваться для увеличения давления в узких местах. Увеличение работы насоса с существующим насосом может привести к дополнительному потреблению электроэнергии с неблагоприятными экологическими последствиями. В модели можно рассматривать различные сценарии перекачки, например, оптимизируя или моделируя производительность существующих насосов, моделируя заменяющие насосы в системе или анализируя эффект от наличия распределенных насосов с регулируемой скоростью по сравнению с более централизованной насосной установкой.Имеются данные, указывающие на то, что значительная экономия электроэнергии может быть достигнута при использовании последнего подхода.

Местные поставки

Местное теплоснабжение: Этот вариант заключается в добавлении местного теплоснабжения в сеть ЦТ после узкого места. Это может быть дорогостоящим вариантом. Такой подход означает меньшее количество тепла и меньший поток, который необходимо транспортировать через узкое место. Также необходимо учитывать текущие потребности в техническом обслуживании в будущем и стоимость подключения нового местного источника питания.

Добавление теплового накопителя также можно использовать, чтобы избежать проблем с узкими местами. Аккумуляторы могут быть загружены, когда спрос на ЦТ низок, и разгружен, когда спрос высокий.

Потребительский поток или управление спросом

В периоды большой потребности в тепле (утром и вечером) отопление помещений в зданиях в районах с проблемами узких мест можно контролировать или поддерживать на определенном пороговом уровне без снижения качества услуг, предоставляемых клиентам.Намерение состоит в том, чтобы избежать использования источников производства с максимальной нагрузкой и снизить потребление энергии.

Обратите внимание, что это обсуждение просто дает краткий обзор доступных вариантов устранения узких мест. Рекомендуется продолжить чтение по этой теме, так как по этой теме доступно огромное количество информации.

Чжан Цюньли [1], Ди Хунфа [2], Ху Ванян [3]
(1 Пекинский университет строительства и архитектуры, Пекин, 100044)
(2 факультет строительных наук, Университет Цинхуа, Пекин, 100084)
(3 Китайская ассоциация холода, Пекин, 100142)

Abstract: Был предложен новый метод централизованного теплоснабжения в сочетании с абсорбционным тепловым насосом, работающим на основе горячей воды, для извлечения геотермальных источников на мелководье, а система централизованного теплоснабжения обеспечивает горячую воду для приводной источник тепла абсорбционного теплового насоса. С помощью первого метода энергоэффективного и экономического анализа результаты исследований показывают, что по сравнению с традиционной системой централизованного теплоснабжения теплопроизводительность новой системы централизованного теплоснабжения с абсорбционным тепловым насосом может быть значительно улучшена, а затраты на отопление могут быть значительно снижены без увеличения мощности. системы централизованного отопления и увеличения потребления другой энергии. Кроме того, по сравнению с электрической системой отопления с тепловым насосом, работающей на земле, новая система централизованного теплоснабжения использует высокотемпературную воду в качестве источника тепла для замены высококачественной электроэнергии, что может значительно повысить эффективность использования энергии и резко снизить энергопотребление.По сравнению с электрической системой отопления с тепловым насосом, работающей на земле, при тех же условиях количества тепла, новая система централизованного теплоснабжения имеет преимущество в более низком первом потреблении энергии и меньшем размере подземного теплообменника, а также меньшем отборе тепла в зимний период, что способствовало добиться зимнего и летнего теплового баланса.

Ключевые слова: Система централизованного теплоснабжения; мелководный геотермальный; Абсорбционный тепловой насос

1 Введение

Электрический наземный тепловой насос широко исследовался и применялся для извлечения неглубоких геотермальных ресурсов для охлаждения или обогрева зданий [1-5].Он полагался на электричество как на приводной ресурс теплового насоса, который извлекал тепло из почвы для обогрева зимой и выделял тепло конденсатора чиллера для охлаждения летом.

Если электрический геотермальный тепловой насос не может поддерживать сезонный тепловой баланс между зимним и летним периодом, его коэффициент полезного действия будет постепенно снижаться с увеличением времени его работы. Таким образом, ключевым моментом является сезонный тепловой баланс геотермального теплового насоса. Кроме того, электрический наземный тепловой насос в режиме отопления потребляет много электроэнергии, и стоимость отопления будет зависеть от цены на электроэнергию.Таким образом, более высокая цена на электроэнергию будет недостатком системы теплового насоса с электрическим приводом для отопления.

Была представлена ​​новая система централизованного теплоснабжения в сочетании с тепловым насосом, поглощающим ресурсы земли, для извлечения геотермальных ресурсов на мелководье. Тепловой насос, поглощающий ресурсы земли, размещается на тепловой подстанции для извлечения тепла из почвы или грунтовых вод, система централизованного теплоснабжения обеспечивает горячую воду с помощью первичной тепловой сети для передачи теплового ресурса теплового насоса, поглощающего ресурсы земли.Кроме того, такой абсорбционный тепловой насос можно преобразовать в абсорбционный чиллер для охлаждения здания летом, работающего от горячей воды в системе централизованного теплоснабжения.

Устройство теплообмена применяется в теплообменной станции в традиционной системе централизованного теплоснабжения. Теплообменное оборудование передает только количество тепла высокотемпературной воды первичной тепловой сети во вторичную тепловую сеть, а теплообменное оборудование использует только тепло высокотемпературной воды и не может полностью развить работоспособность теплоносителя. высокотемпературная вода.По сравнению с обычным теплообменным оборудованием в тепловых подстанциях системы централизованного теплоснабжения, абсорбционный тепловой насос не только использует тепло высокотемпературной воды, но также развивает работоспособность высокотемпературной воды, поскольку абсорбционный тепловой насос использует горячую воду. вода, подаваемая через первичную тепловую сеть в качестве управляемого теплового ресурса для извлечения ресурса неглубоких грунтов.

Режим первичного энергоэффективного и экономического анализа нового метода централизованного теплоснабжения в сочетании с наземным абсорбционным тепловым насосом был настроен для анализа разницы в энергоэффективности и экономической целесообразности с традиционной системой и системой электрического теплового насоса. Сравнительный анализ системы централизованного теплоснабжения в сочетании с наземным абсорбционным тепловым насосом с электроприводом для наземного теплового насоса показывает, что по сравнению с традиционной системой централизованного теплоснабжения теплопроизводительность новой системы централизованного теплоснабжения может быть значительно увеличена, а затраты на отопление могут быть снижены. в значительной степени снижается без увеличения мощности теплового ресурса и другой мощности, потребляемой системой централизованного теплоснабжения.

В отличие от земного теплового насоса с электрическим приводом, в котором для привода используется высококачественная электрическая энергия, в системе абсорбционного теплового насоса из земли используется высокотемпературная вода в качестве приводного источника, таким образом, потребление энергии системой абсорбционного теплового насоса будет можно значительно сократить, и тогда дополнительные инвестиции в новую систему централизованного теплоснабжения в сочетании с системой абсорбции из грунтовых источников можно будет окупить за четыре года.Кроме того, система грунтовых абсорбционных тепловых насосов не только сочетает неглубокую геотермальную энергию с традиционной системой централизованного теплоснабжения, но также оптимизирует конфигурацию и энергоэффективность системы централизованного теплоснабжения. Следовательно, по сравнению с традиционной системой централизованного теплоснабжения или наземным тепловым насосом с электрическим приводом, новая система централизованного теплоснабжения в сочетании с системой абсорбционных тепловых насосов с грунтовым источником дает значительные энергоэффективные и экономические преимущества.

2 Система централизованного теплоснабжения в сочетании с наземным абсорбционным тепловым насосом

2.1 Описание системы

В новом режиме централизованного теплоснабжения в основном используется абсорбционный тепловой насос из подземных источников или источников воды для замены теплообменника тепловой подстанции в традиционной системе централизованного теплоснабжения, а также используется высокотемпературная горячая вода, подаваемая из первичной тепловой сети в качестве источника тепла для абсорбционный тепловой насос для извлечения тепла из низкопотенциальных источников тепла, таких как неглубокая почва или вода, а затем как тепло от рабочего источника тепла, так и низкопотенциальное тепло от грунтового источника подаются для отопления пользователей здания по вторичной тепловой сети.

Новая система централизованного теплоснабжения в основном состоит из централизованного источника тепла (обычно теплоэлектроцентрали, угольного или газового котла и т. Д.), Первичной тепловой сети, вторичной тепловой сети, распределенного наземного абсорбционного теплового насоса, подземных труб ( колодцы и колодцы подпитки), потребителей тепла и их соединительных приспособлений.

1. районный источник тепла 2. водопроводная сеть основного отопления 3. труба обратной воды основного отопления 4.Абсорбционный тепловой насос из грунтового источника 5. Сеть подачи воды вторичного отопления 6. Сеть возврата воды вторичного отопления 7. Потребители отопления 8. Труба подачи грунтовой воды 9. Труба обратной воды грунта 10. Подземная труба

Рис. абсорбционный тепловой насос

2.2 Характеристики новой системы централизованного теплоснабжения

По сравнению с обычным методом отопления, новая система централизованного теплоснабжения в сочетании с системой абсорбционного теплового насоса может увеличить тепловую мощность системы, снижая затраты на отопление без увеличения мощность источника централизованного теплоснабжения.С другой стороны, по сравнению с методом нагрева с использованием теплового насоса с электрическим приводом, в нем не используется высококачественная электроэнергия в качестве источника теплового насоса, а используется высокотемпературная вода, подаваемая источником централизованного теплоснабжения. снизить энергопотребление и повысить эффективность первичной энергии в системе централизованного теплоснабжения. Кроме того, такой новый подход к централизованному теплоснабжению может более легко достичь летнего и зимнего сезонного теплового баланса.

3 Модель анализа первичной энергоэффективности

3.1 Настройка условий сравнения

Для анализа энергоэффективности и экономической осуществимости нового метода централизованного теплоснабжения в качестве эталонной системы выбраны традиционная система централизованного теплоснабжения и система отопления с электрическим тепловым насосом.

При условии одинаковых параметров нагрева вторичной тепловой сети для потребителей тепла в зданиях предполагается, что все здания для потребителей тепла являются энергосберегающими зданиями с низкотемпературными параметрами отопления и параметрами подачи и возврата отопительной воды вторичного отопления. сеть 45/35 ℃.Принципиальная схема различных систем отопления и ее рабочие параметры показаны ниже.

Рисунок 2 Обычная система централизованного теплоснабжения

Рисунок 3 Система централизованного теплоснабжения в сочетании с наземным абсорбционным тепловым насосом

Рисунок 4 Электрическая система наземного теплового насоса

3.2 Оценка эффективности первичной энергии

Эффективность первичного нагрева различных систем отопления составляет рассчитывается по уравнению 1.

（1）

Которая —— Эффективность первичного отопления

—— Тепловая мощность пользователей здания, ГДж

—— Тепловая мощность источника тепла, ГДж

—— Эффективность теплопередачи первичного отопления сеть,%

—— Теплотранспортная эффективность вторичной тепловой сети,%

—— Тепловая эффективность когенерационной теплоэнергетической системы,%

—— Тепловая эффективность котла,%

—— Потребляемая мощность насоса первичной тепловой сети, GJ

——Энергопотребление насоса вторичной тепловой сети, GJ

—— потребляемая мощность подземного водяного насоса, ГДж

—— Выработка электроэнергии, ГДж

—— Средний КПД выработки электроэнергии угольной электростанцией

ηe, нетто —— Транспортная эффективность электросети

Технологические схемы первичной Процесс использования энергии для различных систем отопления в проектных условиях показан на рисунках 5-7, а все единицы на диаграммах — ГДж.

Рисунок 5 Энергетическая диаграмма системы отопления с тепловым насосом с электрическим приводом

Рисунок 6 Энергетическая диаграмма традиционной системы централизованного теплоснабжения с ТЭЦ

2. 21

Уголь

Рисунок 7 Энергетическая диаграмма новой комбинированной системы централизованного теплоснабжения с земным абсорбционным тепловым насосом

3.3 Результаты оценки

Первичная энергоэффективность различных систем отопления показана на рисунке 8. Рисунок показывает, что первичная энергоэффективность новой системы централизованного теплоснабжения в сочетании с наземным абсорбционным тепловым насосом является наивысшей. среди трех систем отопления.По сравнению с традиционной системой централизованного теплоснабжения с комбинированной системой теплоэнергетического отопления, эффективность использования первичной энергии новой системы централизованного теплоснабжения в сочетании с абсорбционным тепловым насосом из грунтовых источников может быть увеличена примерно на 20%.

Рисунок 8 Первичная энергоэффективность различных систем отопления в расчетных условиях

Рисунок 9 График задержки нагрева с помощью абсорбционного теплового насоса из грунтовых источников

Таблица 1 Потребление первичной энергии различными системами отопления за весь период отопления

Агрегаты

Система централизованного теплоснабжения с наземным абсорбционным тепловым насосом

Система централизованного теплоснабжения с ТЭЦ

Режим нагрева грунтового теплового насоса с электрическим приводом

Общее количество тепла

Десять тысяч ГДж
280003

2

28,2

25,4

Объем поставки тепла от геотермальных источников

Десять тысяч ГДж

5,5

0,0

19,0

Подача тепла от системы централизованного теплоснабжения

22,7

28,2

0,0

Расход насоса в первичной сети отопления

Десять тысяч кВтч

34. 6

42,8

0,0

Потребление насоса в сети вторичного отопления

Десять тысяч кВтч

101,8

101,8

91,6

0,0

1762,9

Потребление подземным насосом

Десять тысяч кВтч

59.2

0,0

206,3

Общее энергопотребление

Десять тысяч кВтч

195,5

144,6

2060,8

000 Эквивалентное потребление угля3

стандартное

стандартное потребление энергии 6192,9

7515,2

Потребление первичной энергии на единицу площади обогрева

кг у.т. / м2

5.3

6,2

7,5

4 Экономический анализ

4.1 Экономическая модель

Первоначальные инвестиции в новую систему централизованного теплоснабжения в сочетании с грунтовым абсорбционным тепловым насосом рассчитываются по уравнению (2).

（2）

Первоначальные капиталовложения в систему отопления с геотермальным тепловым насосом с электрическим приводом рассчитываются по уравнению (3).

（3）

Для когенерационной системы отопления первоначальные инвестиции рассчитываются следующим образом.

Первоначальные инвестиции в систему централизованного теплоснабжения с системой ТЭЦ рассчитываются по уравнению (4).

（4）

Первоначальные инвестиции во вторую сеть, внутреннюю сеть трубопроводов отопления и окончание отопления одинаковы в указанной выше экономической модели.

Базовые инвестиционные цены на различные компоненты показаны в таблице 3. Когенерационная система является источником тепла для системы централизованного теплоснабжения, и ее инвестиционная цена может быть рассчитана как 4,5 миллиона юаней / МВт (электрическая нагрузка).

Его эффективность выработки электроэнергии составляет 25%, а эффективность нагрева — 50%, а затем отношение тепловой энергии к мощности составляет 2,0, таким образом, начальные инвестиции в систему отопления также могут быть рассчитаны как 2,25 миллиона юаней / МВт.

Начальная инвестиционная цена первичной тепловой сети может быть рассчитана как 30 юаней за квадратный метр отопления.

Начальная инвестиционная цена абсорбционного теплового насоса может быть рассчитана как 0,6 юаней / Вт (тепловая нагрузка), а подземная труба может быть рассчитана как 2.5 юаней / Вт (тепловая нагрузка из-под земли). Пластинчатый теплообменник и другое оборудование на обычных подстанциях можно рассчитать как 0,2 юаня / Вт. Тепловой насос с электрическим приводом может быть рассчитан как 1,0 юаней / Вт, а инвестиции в увеличение мощности электроэнергии могут быть рассчитаны как 1800 юаней / кВт.

Стоимость строительства и монтажа системы отопления может быть рассчитана как 20% от первоначальных инвестиций в оборудование. Стоимость строительства здания завода может быть рассчитана как 30% от первоначальных вложений в оборудование.Цены на различные виды топлива показаны в Таблице 2.

Таблица2 Цены на топливо

Единица

Цена

Стандартная цена угля

RMB / tce

500.0

Цена на выработку электроэнергии

кВт

0,4

Цена на электроэнергию для предприятий

RMB / кВтч

0,7

Цена на тепло

RMB / GJ

33.0

4.2 Результаты анализа

Как показано в таблице 3, монтажная мощность системы отопления с тепловым насосом с электроприводом является наименьшей, поскольку она не имеет тепловых потерь в первичной тепловой сети. Кроме того, как показано в таблице 4, вложения в систему отопления с тепловым насосом с электрическим приводом самые низкие из-за отсутствия первичной тепловой сети.

Первичная энергетическая эффективность новой системы централизованного теплоснабжения в сочетании с грунтовым абсорбционным тепловым насосом является самой высокой среди них, поскольку она может использовать рабочую способность горячей воды из системы централизованного теплоснабжения с ТЭЦ для извлечения неглубоких геотермальных источников. Кроме того, его годовые эксплуатационные расходы самые низкие. В то время как годовые эксплуатационные расходы системы отопления с электрическим тепловым насосом являются самыми высокими, как показано в таблице 5.

Согласно сравнительному экономическому анализу различных систем отопления, некоторые результаты можно найти следующим образом. По сравнению с традиционной системой централизованного теплоснабжения с системой ТЭЦ, инвестиции в новую систему централизованного теплоснабжения в сочетании с наземным абсорбционным тепловым насосом увеличатся, но ее годовые эксплуатационные расходы снизятся из-за ее высокой эффективности использования первичной энергии.Таким образом, срок окупаемости его вложений составляет около 6,9 года.

По сравнению с системой отопления с грунтовым тепловым насосом с электрическим приводом, инвестиции в новую систему централизованного теплоснабжения в сочетании с грунтовым абсорбционным тепловым насосом увеличатся, но ее годовые эксплуатационные расходы снизятся, поскольку она может использовать дешевое тепло, поставляемое с централизованным отоплением Система с ТЭЦ в качестве основного источника тепла, а также использует неглубокую геотермальную энергию в качестве вспомогательного источника тепла. Таким образом, срок окупаемости его вложений — 4.0 год.

Таблица 3 Установочная мощность различных систем отопления

Базовая цена

Агрегат

Система централизованного теплоснабжения с абсорбционным тепловым насосом от источника тепла

Система централизованного теплоснабжения с ТЭЦ

Режим отопления с грунтовым тепловым насосом с электрическим приводом

Источник тепла

2,25 млн юаней / МВт

МВт

32,3

40.0

0

Повышенная мощность

1,800,0 юаней / кВт

МВт

1,0

0,7

10,5

10 0003 тыс. м2

80,6

100,0

0,0

Агрегаты увеличенного теплового типа

0,6 юаней / Вт

МВт

32.3

—

—

Тепловая электростанция

0,2 ​​юаней / Вт

МВт

—

40,0

—

—

Тепловой насос

МВт

—

—

9,0

Подземная труба

2,0 юаней / Вт

МВт

7.7

0,0

27,0

Вторичная тепловая сеть

15,0 юаней / м2

Десять тысяч м2

100,0

100,0

100,0

0003

100,0

000 RMB3

Десять тысяч м2

100,0

100,0

100,0

Окончание нагрева

40.0 юаней / м2

Десять тысяч м2

100,0

100,0

100,0

Рис. методы (единица — десять тысяч юаней)

Изделие

Установка

Система централизованного теплоснабжения с абсорбционным тепловым насосом из источника

Система централизованного теплоснабжения с ТЭЦ

Режим нагрева с использованием теплового насоса с электрическим приводом

Стоимость тепла

Стоимость тепла в системе централизованного теплоснабжения

Десять тысяч юаней

749.1

930,6

0,0

Pumppowercost

Первичная тепловая сеть

Десять тысяч юаней

13.8

17,1

71,3

71,3

64,1

Система с тепловым насосом

Десять тысяч юаней

0.0

0,0

1234,0

Насос для подземных вод

Десять тысяч юаней

41,4

0,0

144,4

Итого стоимость тепла и электроэнергии

1442,6

Эксплуатационные расходы на площадь обогрева

юаней / м2

8. 8

10,2

14,4

Годовые эксплуатационные расходы (включая амортизацию инвестиций)

юаней / м2

20,2

21,1

24,3

Таблица 5 Начальные инвестиции, период окупаемости

Случай 1: Контрольный объект

Случай 2 Контрольный объект

Изделие

Агрегат

Система централизованного теплоснабжения с абсорбционным тепловым насосом из земли

Система централизованного теплоснабжения

Система централизованного теплоснабжения

— режим обогрева с использованием грунтового теплового насоса

Первоначальные инвестиции на единицу площади,

юаней / м2

231.7

221,9

209,2

Операционные затраты на единицу площади

юаней / м2

8,8

10,2

14,4

4,0

5 Выводы

（1） Была представлена ​​новая система централизованного теплоснабжения в сочетании с грунтовым абсорбционным тепловым насосом для извлечения геотермальных источников на мелководье.И это происходит за счет высокотемпературной воды, поступающей из системы централизованного теплоснабжения.

（2） По сравнению с традиционной когенерационной системой централизованного теплоснабжения при той же мощности и параметрах отопления, эффективность первичной энергии новой системы централизованного теплоснабжения в сочетании с абсорбционным тепловым насосом из грунтовых источников может увеличиться примерно на 22% в проектных условиях. Также его потребление тепловой энергии может снизиться примерно на 15% за весь отопительный период.

（3） По сравнению с системой отопления с геотермальным тепловым насосом с электрическим приводом при той же мощности и параметрах отопления, эффективность первичной энергии новой системы централизованного теплоснабжения в сочетании с абсорбционным тепловым насосом с грунтовым источником может увеличиться примерно на 42% в расчетное состояние. А потребление тепловой энергии может снизиться примерно на 30% в течение всего периода нагрева.

（4） По сравнению с системой отопления с геотермальным тепловым насосом с электрическим приводом при тех же условиях количества тепла, новая система централизованного теплоснабжения в сочетании с наземным абсорбционным тепловым насосом извлекает тепло из земли зимой, поэтому установочная мощность и начальные инвестиции подземных труб меньше.

Благодарность

Проект поддержан Национальным фондом естественных наук для молодых ученых Китая (грант № 00351

2) и центральной лабораторией Пекинского муниципалитета по отоплению, газоснабжению, вентиляции и кондиционированию воздуха.

Ссылка

[1] Сюй Вэй, Чжан Шицун. Состояние и тенденции развития технологии наземных тепловых насосов в Китае. солнечная .2007,3: 12-14

[2] Фанг Чжаохун, Дяо Найрен, Ю Минчжи, Цуй Пин. Технология теплового насоса с подземным источником и ее применение. Электрическая информация .2005, 21: 15-22

[3] Чжоу Ясу, Чжан Сюй. Состояние и перспективы развития наземных тепловых насосов. Новая энергия .1999,12: 37-42

[4] Лу Цзилун, Пэн Цзяньго, Ян Гуан.Исследование и состояние тепловых насосов наземного источника. Холодильное оборудование и кондиционирование. 2007,9: 92-95

[5] Ван Юань. Тепловой насос наземного источника и центральное охлаждение, сравнение тепловых методов. центральное отопление .2009,6: 23-24

методов теплопередачи | Безграничная физика

Проводимость — это передача тепла посредством физического контакта.

Цели обучения

Оценить, почему определенные характеристики необходимы для эффективного проведения.

Ключевые выводы

ОСНОВНЫЕ МОМЕНТЫ

• В микроскопическом масштабе проводимость возникает, когда быстро движущиеся или колеблющиеся атомы и молекулы взаимодействуют с соседними частицами, передавая часть своей кинетической энергии.
• Электропроводность — это наиболее важная форма теплопередачи внутри твердого объекта или между твердыми телами, находящимися в тепловом контакте.
• Проводимость наиболее важна в твердых телах и в меньшей степени в жидкостях и газах из-за наличия пространства между молекулами.
• Скорость теплопередачи за счет теплопроводности зависит от разницы температур, размера области контакта, толщины материала и тепловых свойств материалов, находящихся в контакте.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ

• теплопроводность : мера способности материала проводить тепло

Проводимость

Проводимость — это передача тепла через неподвижное вещество при физическом контакте.(Материя неподвижна в макроскопическом масштабе — мы знаем, что существует тепловое движение атомов и молекул при любой температуре выше абсолютного нуля.) Тепло, передаваемое от электрической плиты на дно кастрюли, является примером теплопроводности.

Некоторые материалы проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. Например, температура подушки в вашей комнате может быть такой же, как у металлической дверной ручки, но дверная ручка на ощупь холоднее. В целом, хорошие проводники электричества (металлы, такие как медь, алюминий, золото и серебро) также являются хорошими проводниками тепла, тогда как изоляторы электричества (дерево, пластик и резина) являются плохими проводниками тепла.

Описание проводимости под микроскопом

В микроскопическом масштабе проводимость возникает, когда быстро движущиеся или колеблющиеся атомы и молекулы взаимодействуют с соседними частицами, передавая часть своей кинетической энергии. Тепло передается за счет теплопроводности, когда соседние атомы колеблются друг относительно друга или когда электроны перемещаются от одного атома к другому. Электропроводность является наиболее важным средством передачи тепла внутри твердого тела или между твердыми объектами, находящимися в тепловом контакте. Проводимость выше в твердых телах, потому что сеть относительно близких фиксированных пространственных отношений между атомами помогает передавать энергию между ними посредством вибрации.

Жидкости и газы обладают меньшей проводимостью, чем твердые тела. Это связано с большим расстоянием между атомами в жидкости или (особенно) в газе: меньшее количество столкновений между атомами означает меньшую проводимость.

Микроскопическая иллюстрация проводимости : Молекулы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на контактной поверхности, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области. На этой иллюстрации молекула в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую энергию перед столкновением, но ее энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью.Напротив, молекула в области более высоких температур (слева) имеет высокую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

(Средняя) кинетическая энергия молекулы в горячем теле выше, чем в более холодном теле. Если две молекулы сталкиваются, происходит передача энергии от горячей молекулы к холодной (см. Рисунок выше). Кумулятивный эффект от всех столкновений приводит к чистому потоку тепла от горячего тела к более холодному. Таким образом, тепловой поток зависит от разницы температур [латекс] \ text {T} = \ text {T} _ \ text {hot} — \ text {T} _ \ text {cold} [/ latex].Таким образом, вы получите более сильный ожог от кипятка, чем от горячей воды из-под крана. И наоборот, если температуры одинаковы, чистая скорость теплопередачи падает до нуля и достигается равновесие. Благодаря тому, что количество столкновений увеличивается с увеличением площади, теплопроводность зависит от площади поперечного сечения. Если прикоснуться ладонью к холодной стене, рука остынет быстрее, чем при прикосновении к ней кончиком пальца.

Факторы, влияющие на скорость теплопередачи

Помимо температуры и площади поперечного сечения, еще одним фактором, влияющим на проводимость, является толщина материала, через который передается тепло. Передача тепла с левой стороны на правую осуществляется серией столкновений молекул. Чем толще материал, тем больше времени требуется для передачи того же количества тепла. Если ночью вам станет холодно, вы можете взять более толстое одеяло, чтобы согреться.

Влияние толщины на теплопроводность : Теплопроводность происходит через любой материал, представленный здесь прямоугольной полосой. Температура материала: [латекс] \ text {T} _2 [/ latex] слева и [латекс] \ text {T} _1 [/ latex] справа, где [latex] \ text {T} _2 [/ latex] больше, чем [latex] \ text {T} _1 [/ latex].Скорость теплопередачи прямо пропорциональна площади поверхности [латекс] \ text {A} [/ latex], разности температур [латекс] \ text {T} _2− \ text {T} _1 [/ latex] , и проводимость вещества [латекс] \ text {k} [/ latex]. Скорость теплопередачи обратно пропорциональна толщине [латекса] \ text {d} [/ latex].

Наконец, скорость теплопередачи зависит от свойств материала, описываемых коэффициентом теплопроводности. Все четыре фактора включены в простое уравнение, выведенное из экспериментов и подтвержденное экспериментами.Скорость кондуктивной теплопередачи через пластину материала, такую ​​как та, что на рисунке выше, определяется как [latex] \ frac {\ text {Q}} {\ text {t}} = \ frac {\ text {kA } (\ text {T} _2− \ text {T} _1)} {\ text {d}} [/ latex] где [latex] \ text {Q} / \ text {t} [/ latex] — это скорость теплопередачи в Джоулях в секунду (Вт), [латекс] \ text {k} [/ latex] — теплопроводность материала, [латекс] \ text {A} [/ latex] и [латекс] \ text { d} [/ latex] — это его площадь поверхности и толщина, а [latex] \ left (\ text {T} _2− \ text {T} _1 \ right) [/ latex] — это разница температур на плите.

Конвекция — это передача тепла за счет макроскопического движения жидкости, например двигателя автомобиля, охлаждаемого водой в системе охлаждения.

Цели обучения

Проиллюстрируйте механизмы конвекции с фазовым переходом

Ключевые выводы

ОСНОВНЫЕ МОМЕНТЫ

• Конвекция вызывается крупномасштабным потоком вещества в жидкостях. Твердые тела не могут переносить тепло за счет конвекции.
• Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами: горячий воздух поднимается вверх, потому что плотность уменьшается с увеличением температуры.Этот принцип одинаково применим к любой жидкости.
• Конвекция может передавать тепло намного эффективнее, чем теплопроводность. Воздух — плохой проводник и хороший изолятор, если пространство достаточно мало для предотвращения конвекции.
• Конвекция часто сопровождает фазовые изменения, например, когда пот испаряется с вашего тела. Этот массовый поток во время конвекции позволяет людям охладиться, даже если температура окружающего воздуха превышает температуру тела.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ

естественная конвекция : Способ передачи тепла.Жидкость, окружающая источник тепла, получает тепло, становится менее плотной и поднимается вверх. Окружающая, более холодная жидкость затем перемещается, чтобы заменить ее. Затем эта более холодная жидкость нагревается, и процесс продолжается, образуя конвекционный поток.

положительная обратная связь : контур обратной связи, в котором выходной сигнал системы усиливается с чистым положительным усилением каждый цикл.

Пример

Расчет теплопередачи конвекцией: конвекция воздуха через стены дома.

Большинство домов не герметичны: воздух входит и выходит через двери и окна, через трещины и щели, по проводке к выключателям и розеткам и так далее.Воздух в типичном доме полностью заменяется менее чем за час.

Предположим, что дом среднего размера имеет внутренние размеры 12,0 × 18,0 × 3,00 м в высоту, и что весь воздух заменяется за 30,0 мин. Рассчитайте теплопередачу в ваттах за единицу времени, необходимую для нагрева входящего холодного воздуха на 10,0 ºC, заменяя тем самым тепло, передаваемое только конвекцией.

Стратегия:

Тепло используется для повышения температуры воздуха так, чтобы [латекс] \ text {Q} = \ text {mc} \ Delta \ text {T} [/ latex]. Скорость теплопередачи тогда равна [латекс] \ text {Q} / \ text {t} [/ latex], где [латекс] \ text {t} [/ latex] — это время оборота воздуха. Нам дано, что [латекс] \ Delta \ text {T} [/ latex] составляет 10,0ºC, но мы все равно должны найти значения массы воздуха и его удельной теплоемкости, прежде чем мы сможем вычислить [латекс] \ text {Q} [ /латекс]. Удельная теплоемкость воздуха — это средневзвешенное значение удельной теплоты азота и кислорода, которое составляет [латекс] \ text {c} = \ text {cp} \ cong1000 \ text {J} / \ text {kg} \ cdot \ текст {C} [/ latex] (обратите внимание, что для этого процесса необходимо использовать удельную теплоемкость при постоянном давлении).6 \ text {J}} {1800 \ text {s}} = 4,64 \ text {кВт} [/ latex].

Эта скорость передачи тепла равна мощности, потребляемой примерно сорока шестью лампочками мощностью 100 Вт.

Новые дома рассчитаны на время оборота 2 часа или более, а не 30 минут для дома в этом примере. Обычно используются погодоустойчивые уплотнения, уплотнения и улучшенные оконные уплотнения. В очень холодном (или жарком) климате иногда принимаются более крайние меры для достижения жесткого стандарта более 6 часов на один оборот воздуха.Еще более продолжительное время оборота вредно для здоровья, потому что требуется минимальное количество свежего воздуха для подачи кислорода для дыхания и разбавления бытовых загрязнителей. Термин, используемый для процесса проникновения наружного воздуха в дом из трещин вокруг окон, дверей и фундамента, называется «проникновение воздуха».

Конвекция

Конвекция (проиллюстрирована на) — это согласованное коллективное движение ансамблей молекул в жидкостях (например, жидкостях, газах). Конвекция массы не может происходить в твердых телах, поскольку в твердых телах не может происходить ни объемного течения, ни значительной диффузии.Вместо этого диффузия тепла в твердых телах называется теплопроводностью, которую мы только что рассмотрели.

Конвекционные камеры : Конвекционные камеры в гравитационном поле.

Конвекция вызывается крупномасштабным потоком вещества. В случае с Землей атмосферная циркуляция вызвана потоком горячего воздуха от тропиков к полюсам и потоком холодного воздуха от полюсов к тропикам. (Обратите внимание, что вращение Земли вызывает изменение направления воздушного потока в зависимости от широты.). Примером конвекции является автомобильный двигатель, охлаждаемый потоком воды в системе охлаждения, а водяной насос поддерживает поток холодной воды к поршням.

Хотя конвекция обычно сложнее, чем проводимость, мы можем описать конвекцию и выполнить несколько простых, реалистичных расчетов ее эффектов. Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами: горячий воздух поднимается вверх, потому что плотность уменьшается с увеличением температуры. Этот принцип одинаково применим к любой жидкости.Например, таким образом поддерживается теплая кастрюля с водой на плите; океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую.

Конвекция в горшке с водой : Конвекция играет важную роль в теплопередаче внутри этого резервуара с водой. Попадая внутрь, передача тепла другим частям кастрюли происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, уменьшается по плотности и поднимается, передавая тепло другим областям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно.Этот процесс повторяется.

Конвекция и изоляция

Хотя воздух может быстро передавать тепло за счет конвекции, он является плохим проводником и, следовательно, хорошим изолятором. Количество доступного пространства для воздушного потока определяет, действует ли воздух как изолятор или проводник. Например, расстояние между внутренней и внешней стенами дома составляет около 9 см (3,5 дюйма) — достаточно для эффективной работы конвекции. Дополнительная изоляция стен препятствует воздушному потоку, поэтому потери (или приток) тепла снижаются.Точно так же зазор между двумя стеклами окна с двойным остеклением составляет около 1 см, что предотвращает конвекцию и использует низкую проводимость воздуха для предотвращения больших потерь. Мех, волокна и стекловолокно также используют преимущества низкой проводимости воздуха, удерживая его в пространствах, слишком маленьких для поддержания конвекции. У животных мех и перья легкие и поэтому идеально подходят для их защиты.

Конвекция и фазовые изменения

Некоторые интересные явления происходят, когда конвекция сопровождается фазовым переходом.Это позволяет нам охладиться потоотделением, даже если температура окружающего воздуха превышает температуру тела. Тепло от кожи требуется для испарения пота с кожи, но без воздушного потока воздух становится насыщенным и испарение прекращается. Воздушный поток, вызванный конвекцией, заменяет насыщенный воздух сухим и, таким образом, испарение продолжается.

Другой важный пример сочетания фазового перехода и конвекции происходит при испарении воды из океана. Когда вода испаряется, тепло уходит из океана.Если водяной пар конденсируется в жидкие капли при образовании облаков, тепло выделяется в атмосфере (это выделение тепла является скрытой теплотой). Таким образом, происходит общий перенос тепла от океана в атмосферу. Этот процесс является движущей силой грозовых облаков — огромных кучевых облаков, поднимающихся на 20 км в стратосферу. Водяной пар, переносимый конвекцией, конденсируется, высвобождая огромное количество энергии, и эта энергия позволяет воздуху становиться более плавучим (теплее, чем его окружение) и подниматься.По мере того, как воздух продолжает подниматься, происходит все больше конденсации, которая, в свою очередь, поднимает облако еще выше. Такой механизм называется положительной обратной связью, поскольку процесс усиливается и ускоряется. Эти системы иногда вызывают сильные штормы с молниями и градом и представляют собой механизм, вызывающий ураганы.

Кучевые облака : Кучевые облака создаются водяным паром, поднимающимся из-за конвекции. Возникновение облаков происходит за счет механизма положительной обратной связи.

Радиация

Излучение — это передача тепла посредством электромагнитной энергии

Цели обучения

Объясните, как энергия электромагнитного излучения соответствует длине волны

. 4 [/ latex] где [латекс] \ сигма = 5.{4}} [/ latex] — постоянная Стефана-Больцмана, [latex] \ text {A} [/ latex] — это площадь поверхности объекта, а [latex] \ text {T} [/ latex] — это его абсолютная температура в кельвинах.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ

• черное тело : Теоретическое тело, аппроксимированное дырой в полой черной сфере, которое поглощает все падающее электромагнитное излучение и не отражает его; он имеет характерный спектр излучения.
• излучательная способность : способность поверхности излучать энергию, обычно измеряемая на определенной длине волны.

Радиация

Вы можете почувствовать теплоотдачу от огня или солнца. Тем не менее, пространство между Землей и Солнцем в основном пусто, без какой-либо возможности теплопередачи посредством конвекции или теплопроводности.Точно так же вы можете сказать, что духовка горячая, не касаясь ее и не заглядывая внутрь — она ​​просто согревает вас, когда вы проходите мимо.

В этих примерах тепло передается за счет излучения. Горячее тело излучает электромагнитные волны, которые поглощаются нашей кожей, и для их распространения не требуется никакой среды. Мы используем разные названия для электромагнитных волн разной длины: радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи.

Излучение от огня : Большая часть тепла от этого огня передается наблюдателям через инфракрасное излучение.Видимый свет, хотя и впечатляющий, передает относительно мало тепловой энергии. Конвекция отводит энергию от наблюдателей по мере подъема горячего воздуха, в то время как здесь проводимость пренебрежимо мала. Кожа очень чувствительна к инфракрасному излучению, поэтому вы можете почувствовать присутствие огня, даже не глядя на него.

Энергия электромагнитного излучения зависит от его длины волны (цвета) и изменяется в широком диапазоне; меньшая длина волны (или более высокая частота) соответствует более высокой энергии.Мы можем записать это как:

[латекс] \ text {E} = \ text {hf} = \ frac {\ text {hc}} {\ lambda} [/ latex]

где [latex] \ text {E} [/ latex] — энергия, [latex] \ text {f} [/ latex] — частота, [latex] \ lambda [/ latex] — длина волны, а [latex] ] \ text {h} [/ latex] — это константа.

Поскольку при более высоких температурах излучается больше тепла, изменение температуры сопровождается изменением цвета. Например, электрический элемент в печи светится от красного до оранжевого цвета, а высокотемпературная сталь в доменной печи светится от желтого до белого.Ощущаемое вами излучение в основном инфракрасное, которое еще ниже по температуре.

Излучаемая энергия зависит от ее интенсивности, которая представлена ​​высотой распределения.

Спектр излучения: (а) График спектров электромагнитных волн, испускаемых идеальным излучателем при трех различных температурах. Интенсивность или скорость излучения излучения резко возрастает с температурой, и спектр смещается в сторону видимой и ультрафиолетовой частей спектра.Заштрихованная часть обозначает видимую часть спектра. Очевидно, что сдвиг в сторону ультрафиолета с температурой приводит к смещению видимого внешнего вида от красного к белому и к синему при повышении температуры. (b) Обратите внимание на изменения цвета, соответствующие изменениям температуры пламени.

Теплообмен

Все объекты поглощают и излучают электромагнитное излучение. Скорость передачи тепла излучением во многом определяется цветом объекта. Черный наиболее эффективен, а белый — наименее.Например, люди, живущие в жарком климате, обычно избегают ношения черной одежды. Точно так же черный асфальт на стоянке будет жарче, чем прилегающий серый тротуар в летний день, потому что черный поглощает лучше, чем серый. Верно и обратное — черный цвет излучает лучше, чем серый. Таким образом, ясной летней ночью асфальт будет холоднее серого тротуара, потому что черный цвет излучает энергию быстрее, чем серый.

Идеальный излучатель, часто называемый черным телом, имеет тот же цвет, что и идеальный поглотитель, и улавливает все падающее на него излучение.Напротив, белый цвет — плохой поглотитель и плохой радиатор. Белый объект, как зеркало, отражает все излучения. (Идеальная, полированная белая поверхность выглядит как зеркало, а растрескавшееся зеркало выглядит белым.)

Существует умная связь между температурой идеального излучателя и длиной волны, на которой он излучает больше всего излучения. Он называется законом смещения Вина и определяется по формуле:

.

[латекс] \ lambda_max \ text {T} = \ text {b} [/ latex]

где [латекс] \ text {b} [/ latex] — константа, равная [латексу] 2.{-3} \ text {m} \ cdot \ text {K} [/ latex].

Серые объекты обладают одинаковой способностью поглощать все части электромагнитного спектра. Цветные объекты ведут себя аналогичным, но более сложным образом, что придает им определенный цвет в видимом диапазоне и может сделать их особенными в других диапазонах невидимого спектра. Возьмем, к примеру, сильное поглощение кожей инфракрасного излучения, которое позволяет нам быть очень чувствительными к нему.

Хорошие и плохие радиаторы : черный объект — хороший поглотитель и хороший радиатор, а белый (или серебристый) предмет — плохой поглотитель и плохой радиатор.{4}} [/ latex] — постоянная Стефана-Больцмана, A — площадь поверхности объекта, а T — его абсолютная температура в градусах Кельвина. Символ e обозначает коэффициент излучения объекта, который является мерой того, насколько хорошо он излучает. Идеальный черный (или черное тело) излучатель имеет [латекс] \ text {e} = 1 [/ latex], тогда как идеальный отражатель имеет [латекс] \ text {e} = 0 [/ latex]. Реальные объекты находятся между этими двумя значениями. Например, нити вольфрамовых лампочек имеют [латекс] \ text {e} [/ latex] около 0,5, а углеродная сажа (материал, используемый в тонере для принтеров) имеет (самый известный) коэффициент излучения около 0.99.

Уровень излучения прямо пропорционален четвертой степени абсолютной температуры — чрезвычайно сильная температурная зависимость. Кроме того, излучаемое тепло пропорционально площади поверхности объекта. Если разнести угли костра, произойдет заметное увеличение радиации из-за увеличения площади излучающей поверхности.

Чистая скорость передачи тепла

Чистая скорость передачи тепла излучением (поглощение минус излучение) зависит как от температуры объекта, так и от температуры его окружения.4) [/ латекс]

, где e — коэффициент излучения только объекта. Другими словами, не имеет значения, белое, серое или черное окружение; баланс входящего и исходящего излучения зависит от того, насколько хорошо он излучает и поглощает излучение. Когда [латекс] \ text {T} _2> \ text {T} _1 [/ latex], количество [latex] \ text {Q} _ \ text {net} / \ text {t} [/ latex] положительно. ; то есть чистая теплопередача идет от более горячих объектов к более холодным объектам.

сетей термического сопротивления | Документация SimScale

Сеть термического сопротивления может использоваться для аппроксимации эффекта источников тепла и передачи тепла от этого источника к окружающей области без явного разрешения самой геометрии источника.Примером применения является печатная плата с несколькими небольшими резисторами, светодиодами и / или микросхемами процессора, установленными сверху, которые по сравнению с общей областью достаточно малы, чтобы их индивидуальная геометрия играла лишь незначительную роль в результате.

Подготовка

• Сети термического сопротивления доступны только в режиме анализа сопряженной теплопередачи.
• Только идеально прямоугольные объекты (твердые тела) можно аппроксимировать с помощью схемы теплового сопротивления. (В случае, если исходная геометрия разрешает более подробные характеристики объекта, который вы хотите смоделировать с помощью сети теплового сопротивления, просто замените их прямоугольными полями.)

Создание сети термического сопротивления

• В своем анализе теплопередачи Conjugate перейдите к Расширенные концепции и добавьте Сеть теплового сопротивления .
• Назначьте верхнюю грань детали, которую вы хотите аппроксимировать, как сеть термического сопротивления. (Верхняя грань в данном случае означает лицо, обращенное в противоположном направлении от места фиксации объекта. См. Примерную диаграмму ниже для контекста.)

Схема теплового сопротивления предполагает упрощенную тепловую модель, в которой можно указать сопротивление между верхней поверхностью и ограничивающей областью, боковыми поверхностями и ограничивающей областью, а также нижней поверхностью и ограничивающей областью.Назначение только верхней грани требуется для правильного назначения сопротивления в каждом направлении.

• Определите тепловое сопротивление во всех направлениях. Сеть будет моделировать каждую грань вашего прямоугольного тела со средней температурой, которая затем передает тепло посредством конвекции в окружающую среду на основе заданного теплового сопротивления.

Назначьте верхнюю часть твердого тела и укажите тепловое сопротивление в каждом направлении. Предполагается, что все четыре боковые грани равны.На этой диаграмме изображена модель термического сопротивления. Для верхней и всех четырех боковых поверхностей вместе необходимо указать одно значение термического сопротивления. Для нижней поверхности можно указать одну дополнительную составляющую сопротивления. Это необходимо для моделирования приложений, в которых, например, Между микросхемой и печатной платой наносится теплопроводная паста.

Топология, назначенная сети термического сопротивления, не будет разрешена в сетке. Кроме того, все контакты, определенные между топологией, назначенной сетям с тепловым сопротивлением, и окружающими регионами, будут игнорироваться, что означает, что сети с тепловым сопротивлением всегда имеют приоритет над контактами.

При создании прогона моделирования будет показано предупреждение о том, что некоторые грани были назначены как цепи теплового сопротивления, так и интерфейсу. Это предупреждение можно проигнорировать. При моделировании приоритет отдается сетям с тепловым сопротивлением, а не контактам.

Ниже приведен пример проекта установки сети термического сопротивления.

Последнее обновление: 9 октября 2020 г.

Эта статья решила вашу проблему?

Как мы можем добиться большего?

Мы ценим и ценим ваши отзывы.

Отправьте свой отзыв

Что дальше

Числовые

часть: Simulation Setup

Теплопередача — Урок — TeachEngineering

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 9
(9-11)

Требуемое время: 15 минут

Зависимость урока: Нет

Тематические области:
Физические науки, физика, решение проблем

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Резюме

Учащиеся изучают теплопередачу и энергоэффективность в контексте энергоэффективных домов. Они получают четкое представление о трех типах теплопередачи: излучении, конвекции и теплопроводности, которые подробно объяснены и связаны с реальным миром. Они узнают о многих способах использования солнечной энергии в качестве возобновляемого источника энергии для сокращения выбросов парниковых газов и эксплуатационных расходов. Студенты также изучают способы, которыми устройство может использовать методы теплопередачи для получения положительного результата. Им даются инструменты для расчета теплопередачи между системой и ее окружением.

Инженерное соединение

Передача энергии, в частности передача тепловой энергии, является фундаментальной областью изучения всех инженеров. Радиация делает Землю пригодной для жизни людей и обеспечивает нас возобновляемой солнечной энергией. Конвекция — это основа механики движения воздуха в зданиях и воздухообмена в типичном доме. Электропроводность позволяет нагреть кастрюлю емкостью 5 галлонов до ручки всего от единственного пламени под ней.Практически неограниченные формы теплопередачи очевидны повсюду в нашем мире, и их важность очень важна, особенно в области техники. Например, при проектировании системы вентиляции здания инженеры учитывают теплопередачу здания в окружающую среду, а также внутреннюю теплопередачу. Точно так же они выбирают материалы, которые либо минимизируют, либо максимизируют передачу тепла через определенные компоненты, чтобы оптимизировать эффективность.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

• Подробно объясните три типа теплопередачи и приведите примеры каждого из них.
• Объясните, почему одни материалы лучше других передают тепло.
• Применяйте то, что они узнали о теплопередаче и материалах, к реальным проблемам.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12,
образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) ,
проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика;
внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

• Согласование технологических процессов с естественными процессами максимизирует производительность и снижает негативное воздействие на окружающую среду.(Оценки
  9 —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Энергетические ресурсы могут быть возобновляемыми или невозобновляемыми.(Оценки
  9 —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ

Колорадо — Наука

• Сбор, анализ и интерпретация данных о химических и физических свойствах элементов, таких как плотность, точка плавления, точка кипения и проводимость.
  (Оценки
  9 —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  Спасибо за ваш отзыв!

• Используйте прямые и косвенные доказательства для разработки и поддержки утверждений о сохранении энергии в различных системах, включая преобразование в тепло.
  (Оценки
  9 —
  12)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом?

  Спасибо за ваш отзыв!

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Больше подобной программы

Что такое тепло?

Учащиеся узнают об определении тепла как формы энергии и о том, как оно существует в повседневной жизни. Они узнают о трех типах теплопередачи — теплопроводности, конвекции и излучения, а также о связи между теплом и изоляцией.

Что популярно, а что нет?

С помощью простых демонстрационных упражнений под руководством учителя учащиеся изучают основы физики теплопередачи посредством теплопроводности, конвекции и излучения.Они также узнают о примерах нагревательных и охлаждающих устройств, от печных поверхностей до автомобильных радиаторов, с которыми они сталкиваются в своих домах, с …

Насколько жарко?

Студенты узнают о природе тепловой энергии, температуре и о том, как материалы хранят тепловую энергию.Они обсуждают разницу между проводимостью, конвекцией и излучением тепловой энергии, а также полные действия, в которых они исследуют разницу между температурой, тепловой энергией и …

Теплопередача: никакого волшебства в этом нет

Студенты изучают научные концепции температуры, тепла и передачи тепла посредством теплопроводности, конвекции и излучения, которые иллюстрируются сравнением с магическими заклинаниями, найденными в книгах о Гарри Поттере.

Предварительные знания

Базовые знания об изоляторах и проводниках.

Введение / Мотивация

Copyright

Copyright © 2004 Microsoft Corporation, One Microsoft Way, Redmond, WA 98052-6399 USA.Все права защищены.

Каждый день тепловая энергия Солнца проходит через 91 миллион миль (146 миллионов км) пустого пространства до Земли. Энергия солнца является движущей силой всех жизненных систем, существующих на нашей планете сегодня. Если бы не было способа передать эту энергию от Солнца к Земле, у нас были бы большие проблемы. И это лишь один из примеров того, почему передача тепловой энергии так важна для людей. Без способа передачи этой тепловой энергии Земля не была бы такой, какой она является сегодня.Солнечная энергия излучается к нам в виде тепла и видимого света. И это преобладающий источник возобновляемой энергии, используемый сегодня во всем мире.

Физика, лежащая в основе передачи тепловой энергии, объясняет, как мы можем использовать возобновляемую энергию солнца и преобразовывать ее в энергию, которую мы можем использовать в нашей повседневной жизни. Передача тепла между веществами при разных температурах происходит тремя разными способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Все три являются частью нашего повседневного опыта. Проводимость — это передача тепла через определенный материал, например, тепло, проходящее через металлический горшок, нагреваемый на плите. Конвекция — это передача тепла через жидкость, такую ​​как вода или воздух, вместо материала. Вы можете испытать это, лежа на полу дома. Воздух внизу прохладнее, правда? Это связано с тем, что более теплый воздух поднимается к потолку, а прохладный воздух остается позади, низко к земле. Ситуации, в которых тепло передается через текучую среду (воздух), являются примерами конвекции. Излучение — это энергия, которая излучается или передается в форме лучей, волн или частиц. Повседневный пример этого — тепло, которое вы ощущаете на своей коже от солнечного света.

Изоляция и проводимость

Copyright

Copyright © 2004 Microsoft Corporation, One Microsoft Way, Redmond, WA 98052-6399 USA. Все права защищены.

Почему одни материалы на ощупь холоднее других? Это не обязательно потому, что один материал имеет более низкую температуру.Скорее, это потому, что одни материалы являются лучшими проводниками, чем другие. Это в основном означает, что они лучше переносят тепловую энергию через себя. Например, кафельный пол ощущается босой ногой холоднее, чем ковровое покрытие (при той же температуре), потому что плитка передает тепловую энергию от вашей ноги намного быстрее, чем ковер. Материалы с плохой проводимостью — это те материалы, которые мы используем для изоляции, чтобы максимально ограничить передачу тепла. С другой стороны, такие металлы, как медь, обеспечивают оптимальную передачу тепловой энергии и полезны при попытке быстрее нагреть что-либо.

(Демонстрация учителя: поставьте стакан с водой на горелку Бунзена и доведите воду до кипения. Поместите кусок медной трубки в воду так, чтобы один конец торчал наружу. Задайте ученикам следующий вопрос.) Можете ли вы определить все три формы теплопередачи в этой демонстрации? (Ответ: Конвекция возникает, когда вода передает тепло через себя [холодная вода падает, а горячая вода поднимается внутри стакана]. Тепло передается по медной трубе от погруженного конца к открытому концу.Тепло излучается от горелки и наружу от химического стакана [продемонстрировать, держа руки близко к химическому стакану, фактически не касаясь его].

Предпосылки и концепции урока для учителей

Проводимость : Передача энергии посредством проводимости возможна из-за кинетической энергии, возникающей в результате столкновений между атомами и молекулами в веществе. По мере передачи тепловой энергии более горячие молекулы обладают более высокой кинетической энергией и сталкиваются с более холодными, тем самым увеличивая энергию более холодных молекул. Этот процесс продолжается во всем веществе до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие. Различные материалы передают тепло с разной скоростью — в зависимости от их конкретных свойств. Скорость, с которой материал передает тепловую энергию через себя, называется его теплопроводностью. Противоположным этому термину является термическое сопротивление, которое измеряет способность материала сопротивляться передаче тепла. Материалы изолятора измеряются с точки зрения теплового сопротивления, а не теплопроводности.

Теплопроводность : Теплопроводность — это количество тепла, передаваемого в течение определенного времени через толщину материала в направлении, нормальном (перпендикулярном) к поверхности площади.Обратитесь к практическому заданию, связанному с проектированием, Солнечный водонагреватель, чтобы проиллюстрировать эту концепцию на реальном примере. Теплопроводность можно измерить математически, используя следующее уравнение:

Конвекция : Конвекция — это передача тепла через текучую среду, такую ​​как вода или воздух. Например, когда воздух нагревается, он становится менее плотным, чем окружающий воздух, заставляя его подниматься и уносить с собой свою тепловую энергию. Более холодный воздух опускается в воздух из-за его большей плотности.Тепло, передаваемое конвекцией, течет из областей с более высоким давлением в области с более низким давлением, что является причиной погодных условий, которые мы наблюдаем каждый день.

Излучение : Излучение — это тепло, излучаемое в форме лучей или волн. Эта передача энергии происходит с помощью волн, которым не требуется среда для перемещения. Радиация — это то, как солнечное тепло достигает нас после путешествия через в основном пустое пространство. Энергия излучения передается в основном в виде инфракрасного света, но иногда это также и видимый свет.

Испарение : Когда атомы или молекулы жидкости (например, воды) подвергаются воздействию значительного объема газа, они имеют тенденцию самопроизвольно переходить в газообразное состояние или испаряться. Это происходит потому, что молекулы около поверхности жидкости постоянно движутся во всех разных направлениях со случайными скоростями и сталкиваются друг с другом. Во время этих столкновений несколько молекул получают достаточно кинетической энергии, чтобы толкнуть их выше точки кипения воды, заставляя их испаряться и превращаться в водяной пар.Но у большинства молекул для этого недостаточно энергии, поэтому жидкости не превращаются мгновенно в пар. Кипячение воды значительно увеличивает энергию молекул, что, в свою очередь, ускоряет процесс испарения.

Охлаждение путем испарения : Когда жидкая вода испаряется, тепло передается от более высокой температуры воздуха (посредством конвекции) к более низкой температуре воды, охлаждая воздух. Можно подумать, что температура воды будет повышаться до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие между воздухом и водой, но этого не происходит.Поскольку для испарения воды в первую очередь требуется энергия, тепло, которое передается воде, в конечном итоге используется для облегчения процесса испарения. Таким образом, температура воды остается ниже температуры воздуха. Процесс испарительного охлаждения продолжается до полного насыщения воздуха или до 100% относительной влажности. Однако по мере увеличения относительной влажности воздуха процесс становится менее эффективным, так как меньше воды может испаряться. Обратитесь к соответствующему занятию «Охладитель болота», чтобы получить практическую иллюстрацию дизайна, где группы студентов проектируют и создают устройства испарительного охладителя (охладители болота), чтобы узнать о процессе, который охлаждает воду во время испарения воды.

Сопутствующие мероприятия

Закрытие урока

Передачи энергии постоянно происходят и повторяются повсюду вокруг нас. Некоторые инженеры изучают методы передачи энергии, потому что они проектируют механические системы, которые производят энергию, необходимую для поддержания комфорта и хорошего качества воздуха в зданиях. Некоторыми примерами таких систем являются охладители болот, кондиционеры и системы водяного или воздушного отопления.

Мы узнали, что тепло может передаваться тремя разными способами. Кто они такие? (Ответ: проводимость происходит за счет вибрации молекул внутри материала, конвекция происходит через воздух или воду, а излучение происходит через лучи, волны или частицы, переносящие энергию.) Используя различные материалы, мы можем либо максимизировать теплопередачу (с высокой проводимостью), либо максимально предотвратить это (используя изоляторы). Знание этого о материалах полезно при разработке всех видов вещей, которые мы используем каждый день.Как мы видим, что материалы используются, потому что они хорошие проводники или хорошие изоляторы? (Возможные ответы: проводники, такие как кастрюли с медным дном и стальные радиаторы. Изоляторы, такие как термокофемашина, прихватки для духовки или стены в вашем доме.)

Инженеры применяют свои знания о принципах теплопередачи при разработке многих продуктов для использования людьми. Они также используют концепции теплопередачи для изучения новых технологий, которые используют возобновляемые ресурсы и менее разрушительны для окружающей среды, что помогает всем нам.Понимание того, как передается энергия, открывает безграничные возможности для инженерных решений.

Словарь / Определения

проводимость: передача тепла через вещество путем прямого контакта атомов или молекул.

конвекция: передача тепла путем циркуляции газа (например, воздуха) или жидкости (например, воды).

излучательная способность: разница между количеством поглощаемого тепла и количеством тепла, отражаемым объектом.Чем ниже коэффициент излучения, тем меньше тепла поглощается и тем больше тепла отражается. Эта способность сильно зависит от цвета; черные предметы поглощают больше тепла, чем белые.

испарение: процесс, при котором атомы или молекулы в жидком состоянии получают достаточно энергии, чтобы стать газом или паром.

парниковые газы: газы, которые задерживают солнечное тепло в атмосфере земли, вызывая парниковый эффект. Двумя основными парниковыми газами являются водяной пар и двуокись углерода.

излучение: тепло излучается в виде лучей или волн (например, солнечных лучей).

возобновляемая энергия: энергия, вырабатываемая из неограниченных, быстро восполняемых или возобновляемых естественным образом ресурсов, таких как энергия ветра или солнца.

солнечная энергия: энергия, полученная от солнца в форме солнечного излучения.

Удельная теплоемкость: количество тепла, которое должно быть добавлено или удалено из единицы массы этого вещества, чтобы изменить его температуру на один градус.

теплопроводность: скорость, с которой материал передает тепловую энергию через себя.

тепловое равновесие: состояние, в котором все части системы имеют одинаковую температуру.

тепловое сопротивление: скорость, с которой материал сопротивляется передаче тепла через себя.

Оценка

Оценка перед уроком

Групповое обсуждение : Задайте ученикам и обсудите в классе:

• Почему важно понимать, как энергия передается через определенную среду (например, воздух или воду)? (Ответ: если мы сможем понять, как передается тепло, мы сможем использовать это понимание для создания более эффективных и более логичных систем.)

Оценка после введения

Групповое обсуждение : Задайте ученикам и обсудите в классе:

• Какое значение имеет выбор материала при выборе трубы для системы горячего водоснабжения? (Ответ: Важно выбрать трубу с высокой теплопроводностью (например, медь), чтобы тепло передавалось очень быстро и с минимальными потерями.)

Итоги урока Оценка

Размышления о концепции / Написание дневника : Попросите учащихся поразмышлять о принципах теплопередачи и напишите в дневнике свои мысли.Спросите у студентов:

• Как мы можем извлечь выгоду из принципов теплопередачи, чтобы улучшить наш образ жизни? (Ответы могут быть разными. Пример ответа: анализируя теплопередачу, мы можем найти проблемные области в системе, а затем решить их, что приведет к оптимизации ресурсов. Экспериментируя с новыми средами и материалами, мы добиваемся прогресса в совершенствовании технологий. для всеобщего блага.)

Мероприятия по продлению урока

Предложите учащимся выяснить, какая система водяного отопления есть в их доме, а затем исследовать преимущества и недостатки этого типа системы.

Дополнительная поддержка мультимедиа

Посмотрите великолепные анимации и примеры всех трех типов теплопередачи на этом веб-сайте Висконсинского центра онлайн-ресурсов: http://www.wisc-online.com/objects/index_tj.asp?objID=SCE304.

использованная литература

План факультета алгебры 1. Математика средней школы Лексингтона, Лексингтон, Массачусетс.По состоянию на 5 февраля 2008 г. http://lps.lexingtonma.org/site/default.aspx?PageType=3&ModuleInstanceID=1574&ViewID=7b97f7ed-8e5e-4120-848f-a8b4987d588f&RenderLoc=0&FlexDataID=111353&PageID=

Испарение. Последнее обновление 5 декабря 2007 г. Википедия, Бесплатная энциклопедия, Wikimedia Foundation, Inc., дата обращения 5 февраля 2008 г. http://en.wikipedia.org/wiki/Evapuration

Теплообмен. Последнее обновление 9 октября 1999 г. Теоретическая физика, Виннипегский университет, Канада.По состоянию на 5 февраля 2008 г. http://theory.uwinnipeg.ca/mod_tech/node74.html

Глоссарий терминов передачи сосков. eFunda, Основы инженерного дела. По состоянию на 5 февраля 2008 г. http://www.efunda.com/formulae/heat_transfer/home/glossary.cfm

Джарвис, Лори и Деб Симонсон. Теплообмен: теплопроводность, конвекция, излучение. Общественный колледж Фокс-Вэлли, Центр онлайн-ресурсов штата Висконсин (Консорциум WISCONLINE.