РАЗРАБОТКА ИСТОЧНИКА ВЫРАБОТКИ ТЕПЛОТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВОГО НАСОСА И ДВУХТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА СО СКРУЧЕННОЙ ЛЕНТОЙ
|
АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ РАБОТЫ 8
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ 9
3 СРАВНЕНИЕ АНАЛОГОВ ОБОРУДОВАНИЯ 10
4 ЭНЕРГО - И РЕСУРСООБЕСПЕЧЕНИЕ 17
5 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 19
5.1 Характеристика объекта проектирования 19
5.2 Параметры внутреннего воздуха 19
5.3 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций 19
5.4 Расчет теплопотерь 21
5.4.1 Расчет потерь на нагревание инфильтрующегося воздуха 22
5.4.2 Расчет бытовых тепловыделений 24
5.5 Выбор схемного решения системы отопления 31
5.6 Расчет тепловой нагрузки на горячее водоснабжение 39
6 ИСТОЧНИК ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 40
6.1 Экономика возобновляемой энергетики 40
6.2 Общие сведения о тепловом насосе 42
6.3 Принцип действия теплового насоса 46
6.4 Выбор холодильного агента 47
6.5 Выбор источника низкопотенциального тепла 50
6.6 Рассол - теплоноситель земляного контура 51
6.7 Тепловой расчет теплового насоса 52
6.8 Расчет элементов теплового насоса 56
6.8.1 Расчет теплообменника типа «труба в трубе» 56
6.9 Выбор компрессора 58
6.10 Компановка теплового насоса 58
7 ТЕПЛОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА 60
7.1 Компановка теплонасосной утсановки 60
7.2 Грунтовой тепловой коллектор 60
7.3 Расчет рассольного контура 62
7.3.1 Расчет объема рассола 64
7.3.2 Выбор рассольного циркуляционного насоса 64
7.4 Расчет и выбор оборудования контура отопления 65
7.4.1 Выбор сетевого насоса отопления 65
7.4.2 Выбор циркуляционных насосов монтажа 67
7.4.3 Раширительный сосуд в контуре теплового насоса 69
7.4.4 Предохранительный клапан в контуре теплового насоса 69
7.4.5 Обратный клапан 70
7.4.6 Перепускной клапан 70
7.4.7 Буферный накопитель 70
Выбор сетевого насоса горячего водоснабжения 71
7.5.2 накопитель горячего водоснабжения для отопительных тепловых насосов . 71
8 АВТОМАТИЗАЦИЯ 74
8.1 Описание регулятора теплового насоса 74
8.2 Управление 75
8.3 Описание функциональной схемы 76
9 СПЕЦИАЛЬНАЯ 79
9.1Теплообмен с использованием скрученной ленты в двухтрубном теплообменнике 79
10 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 83
11 ОХРАНА ТРУДА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 85
11.1 Характеристика объекта 85
11.2 Организация работ по созданию безопасных условий труда
При монтаже и эксплуатации систем 85
11.2.1 Меры безопасности при монтаже системы отопления 85
11.2.2 Меры безопасности при наладке, опробовании и пуске
отопительного оборудования 86
11.3 Меры противопожарной безопасности 86
11.4 Производственная электробезопасность 88
12 ЭКОНОМИКА 94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 93
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 101
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ РАБОТЫ 8
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ 9
3 СРАВНЕНИЕ АНАЛОГОВ ОБОРУДОВАНИЯ 10
4 ЭНЕРГО - И РЕСУРСООБЕСПЕЧЕНИЕ 17
5 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 19
5.1 Характеристика объекта проектирования 19
5.2 Параметры внутреннего воздуха 19
5.3 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций 19
5.4 Расчет теплопотерь 21
5.4.1 Расчет потерь на нагревание инфильтрующегося воздуха 22
5.4.2 Расчет бытовых тепловыделений 24
5.5 Выбор схемного решения системы отопления 31
5.6 Расчет тепловой нагрузки на горячее водоснабжение 39
6 ИСТОЧНИК ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 40
6.1 Экономика возобновляемой энергетики 40
6.2 Общие сведения о тепловом насосе 42
6.3 Принцип действия теплового насоса 46
6.4 Выбор холодильного агента 47
6.5 Выбор источника низкопотенциального тепла 50
6.6 Рассол - теплоноситель земляного контура 51
6.7 Тепловой расчет теплового насоса 52
6.8 Расчет элементов теплового насоса 56
6.8.1 Расчет теплообменника типа «труба в трубе» 56
6.9 Выбор компрессора 58
6.10 Компановка теплового насоса 58
7 ТЕПЛОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА 60
7.1 Компановка теплонасосной утсановки 60
7.2 Грунтовой тепловой коллектор 60
7.3 Расчет рассольного контура 62
7.3.1 Расчет объема рассола 64
7.3.2 Выбор рассольного циркуляционного насоса 64
7.4 Расчет и выбор оборудования контура отопления 65
7.4.1 Выбор сетевого насоса отопления 65
7.4.2 Выбор циркуляционных насосов монтажа 67
7.4.3 Раширительный сосуд в контуре теплового насоса 69
7.4.4 Предохранительный клапан в контуре теплового насоса 69
7.4.5 Обратный клапан 70
7.4.6 Перепускной клапан 70
7.4.7 Буферный накопитель 70
Выбор сетевого насоса горячего водоснабжения 71
7.5.2 накопитель горячего водоснабжения для отопительных тепловых насосов . 71
8 АВТОМАТИЗАЦИЯ 74
8.1 Описание регулятора теплового насоса 74
8.2 Управление 75
8.3 Описание функциональной схемы 76
9 СПЕЦИАЛЬНАЯ 79
9.1Теплообмен с использованием скрученной ленты в двухтрубном теплообменнике 79
10 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 83
11 ОХРАНА ТРУДА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 85
11.1 Характеристика объекта 85
11.2 Организация работ по созданию безопасных условий труда
При монтаже и эксплуатации систем 85
11.2.1 Меры безопасности при монтаже системы отопления 85
11.2.2 Меры безопасности при наладке, опробовании и пуске
отопительного оборудования 86
11.3 Меры противопожарной безопасности 86
11.4 Производственная электробезопасность 88
12 ЭКОНОМИКА 94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 93
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 101
Потребление энергии в нашей стране неуклонно растет и, прежде всего, на теплоснабжение зданий и сооружений.
Основные тепловые затраты на коммунальные и бытовые нужды в зданиях (отопление, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение) - это затраты на отопление и горячую воду. Это связано с условием эксплуатации зданий в холодное время года, когда потери тепла через ограждающие конструкции зданий намного выше, чем внутренняя теплоотдача, поэтому нагревательные установки используются для поддержания требуемой температуры.
Теплообменники очень распространены в промышленности. В поверхностных теплообменниках нагревающая среда отделена от нагретой поверхности, а тепло в них передается через стенку.
Наиболее распространенная классификация теплообменников методом теплопередачи, согласно которой они делятся на следующие типы:
- рекуперативные поверхностные устройства, в которых две теплоносители разделены теплообменной поверхностью различных конфигураций;
- регенеративный, в котором процесс передачи тепла от горячего хладагента к холоду происходит с помощью термоаккумулирующей массы, называемой соплом;
- смешиващие, в которых происходит теплообмен при прямом контакте теплоносителей.
Поверхностные теплообменники включают: трубчатые (трубчатые, трубчатые, оросительные, погружные); пластинчатые; спиральные; аппараты с рубашками; с ребристой поверхностью теплообмена.
В химической технологии теплообменники используются для отопления и охлаждения, а также для конденсации тепловых процессов. Процесс теплопередачи является спонтанным необратимым процессом теплопередачи от более теплого тела до менее нагретого.
Наиболее распространены кожухотрубчатые теплообменники, благодаря простоте конструкции и технологии изготовления. Изготавливают теплообменники типов: ТН - с неподвижными трубными решетками; ТК - с температурным компенсатором на кожухе; ТП - с плавающей головкой; ТУ - U - образными теплообменными трубками; ТС - с сальником на плавающей головке. Теплообменники типа ТН имеют свои преимущества перед другими теплообменниками. Они наиболее просты и могут применяться при высоких давлениях и температурах, однако в следствии возникновения температурных напряжений их нельзя применять при больших перепадах температур между трубками и кожухом.
Так же привлекает все большее внимание возможность использования экологически чистой возобновляемой энергии солнечной радиации, тепловых насосных станций, которые являются общедоступными.
Тепловые насосные системы теплоснабжения являются перспективными как экологически чистые и энергоэффективные источники тепла для децентрализованных потребителей тепловой энергии. Они используют низкопотенциальную энер-гию как источник: тепло, грунтовые воды, обратные воды систем централизованного теплоснабжения.
Целью данного проекта является выбор в качестве источника теплоснабжения (отопление, вентиляция и горячее водоснабжение) здания, а также выбор теплового насоса и выбор его различных элементов.
Основные тепловые затраты на коммунальные и бытовые нужды в зданиях (отопление, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение) - это затраты на отопление и горячую воду. Это связано с условием эксплуатации зданий в холодное время года, когда потери тепла через ограждающие конструкции зданий намного выше, чем внутренняя теплоотдача, поэтому нагревательные установки используются для поддержания требуемой температуры.
Теплообменники очень распространены в промышленности. В поверхностных теплообменниках нагревающая среда отделена от нагретой поверхности, а тепло в них передается через стенку.
Наиболее распространенная классификация теплообменников методом теплопередачи, согласно которой они делятся на следующие типы:
- рекуперативные поверхностные устройства, в которых две теплоносители разделены теплообменной поверхностью различных конфигураций;
- регенеративный, в котором процесс передачи тепла от горячего хладагента к холоду происходит с помощью термоаккумулирующей массы, называемой соплом;
- смешиващие, в которых происходит теплообмен при прямом контакте теплоносителей.
Поверхностные теплообменники включают: трубчатые (трубчатые, трубчатые, оросительные, погружные); пластинчатые; спиральные; аппараты с рубашками; с ребристой поверхностью теплообмена.
В химической технологии теплообменники используются для отопления и охлаждения, а также для конденсации тепловых процессов. Процесс теплопередачи является спонтанным необратимым процессом теплопередачи от более теплого тела до менее нагретого.
Наиболее распространены кожухотрубчатые теплообменники, благодаря простоте конструкции и технологии изготовления. Изготавливают теплообменники типов: ТН - с неподвижными трубными решетками; ТК - с температурным компенсатором на кожухе; ТП - с плавающей головкой; ТУ - U - образными теплообменными трубками; ТС - с сальником на плавающей головке. Теплообменники типа ТН имеют свои преимущества перед другими теплообменниками. Они наиболее просты и могут применяться при высоких давлениях и температурах, однако в следствии возникновения температурных напряжений их нельзя применять при больших перепадах температур между трубками и кожухом.
Так же привлекает все большее внимание возможность использования экологически чистой возобновляемой энергии солнечной радиации, тепловых насосных станций, которые являются общедоступными.
Тепловые насосные системы теплоснабжения являются перспективными как экологически чистые и энергоэффективные источники тепла для децентрализованных потребителей тепловой энергии. Они используют низкопотенциальную энер-гию как источник: тепло, грунтовые воды, обратные воды систем централизованного теплоснабжения.
Целью данного проекта является выбор в качестве источника теплоснабжения (отопление, вентиляция и горячее водоснабжение) здания, а также выбор теплового насоса и выбор его различных элементов.
Выпускная квалификационная работа посвящена вопросам теплообмена с использованием скрученной ленты в двухтрубном теплообменнике как способу интенсификации теплообмена.
В работе были рассмотрены вопросы выбора системы отопления объекта, типа теплообменника, произведен расчет теплового насоса и теплообменника, приведена компоновка теплонаносной установки, рассмотрены вопросы автоматизации.
Актуальность работы заключается в том, что использование скрученных лент позволяет обеспечивать безаварийное и эффективное охлаждение различных энергонапряженных элементов при высоких плотностях теплового потока. Расширяется область применения в качестве турбулизаторов, закручивающих пристенные слои при однофазном течении теплоносителя, при течении двухфазных потоков обеспечивают увеличение коэффициента теплоотдачи. За счет закрутки потока происходит выравнивание температурных неоднородностей в азимутальном направлении. Для выполнения работы изучены все типы существующих систем отопления, проведён их сравнительный анализ, изучена специальная техническая литература из открытых источников, посвящённая вопросам применения различных типов теплообменников при отоплении зданий и сооружений.
В ходе работы проведены необходимые расчёты, которые позволили выбрать тип системы отопления, наиболее полно соответствующий предъявляемым требованиям к отоплению здания.
Рассмотрены вопросы экономики возобновляемой энергетики, проанализированы достоинства и недостатки различны теплоэнергетических установок, эксплуатируемых в европейских странах и на территории РФ.
В работе основное внимание уделено описанию и расчётам теплового насоса как компактной, экономичной и экологически чистой
системы отопления, позволяющей получать тепло для горячего водоснабжения, отопления коттеджей, охлаждения воздуха в комнатах и вентилирования помещений за счёт использования тепла низкопотенциального источника.
В связи с необходимостью автоматизации всех технологических процессов в тепловом насосе большое внимание уделено описанию работы автоматической системы управления отопительной установкой, рассмотрены особенности управления в различных режимах работы, проанализирована функциональная схема системы автоматического управления тепловым насосом.
В специальной части работа рассмотрены вопросы теплообмена с использованием скрученной ленты как одного из способов интенсификации теплообмена теплового насоса. Проанализированы достоинства и недостатки предложенного способа.
Проблемы экологической безопасности и влияния теплонасосной установки на окружающую среду ввиду несомненной важности рассмотрены в отдельной главе,где также приведены соответствующие расчёты и графики с учётом расположения установки в городских условиях.
Отдельные разделы работы посвящены организации безопасной работы при монтаже и эксплуатации теплонасоса, рассчитаны шумовые характеристики, приведены рекомендации по мерам противопожарной и электробезопасности.
В заключение следует отметить, что рассчитанная в работе теплонасосная установка с использованием скрученной ленты полностью соответствует современным требованиям, предъявляемым к теплогенераторным установкам подобного типа. Установка экологически безопасна, надёжна в эксплуатации, экономически рентабельна и может быть рекомендована к применению как при новом строительстве городского и сельского жилого фонда, так и при проведении капитального ремонта существующих систем отопления.
В работе были рассмотрены вопросы выбора системы отопления объекта, типа теплообменника, произведен расчет теплового насоса и теплообменника, приведена компоновка теплонаносной установки, рассмотрены вопросы автоматизации.
Актуальность работы заключается в том, что использование скрученных лент позволяет обеспечивать безаварийное и эффективное охлаждение различных энергонапряженных элементов при высоких плотностях теплового потока. Расширяется область применения в качестве турбулизаторов, закручивающих пристенные слои при однофазном течении теплоносителя, при течении двухфазных потоков обеспечивают увеличение коэффициента теплоотдачи. За счет закрутки потока происходит выравнивание температурных неоднородностей в азимутальном направлении. Для выполнения работы изучены все типы существующих систем отопления, проведён их сравнительный анализ, изучена специальная техническая литература из открытых источников, посвящённая вопросам применения различных типов теплообменников при отоплении зданий и сооружений.
В ходе работы проведены необходимые расчёты, которые позволили выбрать тип системы отопления, наиболее полно соответствующий предъявляемым требованиям к отоплению здания.
Рассмотрены вопросы экономики возобновляемой энергетики, проанализированы достоинства и недостатки различны теплоэнергетических установок, эксплуатируемых в европейских странах и на территории РФ.
В работе основное внимание уделено описанию и расчётам теплового насоса как компактной, экономичной и экологически чистой
системы отопления, позволяющей получать тепло для горячего водоснабжения, отопления коттеджей, охлаждения воздуха в комнатах и вентилирования помещений за счёт использования тепла низкопотенциального источника.
В связи с необходимостью автоматизации всех технологических процессов в тепловом насосе большое внимание уделено описанию работы автоматической системы управления отопительной установкой, рассмотрены особенности управления в различных режимах работы, проанализирована функциональная схема системы автоматического управления тепловым насосом.
В специальной части работа рассмотрены вопросы теплообмена с использованием скрученной ленты как одного из способов интенсификации теплообмена теплового насоса. Проанализированы достоинства и недостатки предложенного способа.
Проблемы экологической безопасности и влияния теплонасосной установки на окружающую среду ввиду несомненной важности рассмотрены в отдельной главе,где также приведены соответствующие расчёты и графики с учётом расположения установки в городских условиях.
Отдельные разделы работы посвящены организации безопасной работы при монтаже и эксплуатации теплонасоса, рассчитаны шумовые характеристики, приведены рекомендации по мерам противопожарной и электробезопасности.
В заключение следует отметить, что рассчитанная в работе теплонасосная установка с использованием скрученной ленты полностью соответствует современным требованиям, предъявляемым к теплогенераторным установкам подобного типа. Установка экологически безопасна, надёжна в эксплуатации, экономически рентабельна и может быть рекомендована к применению как при новом строительстве городского и сельского жилого фонда, так и при проведении капитального ремонта существующих систем отопления.
