Помощь студентам в учебе
Энергосбережение в системе воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией в торгово-офисном помещении «Магазин оптовой торговли»
|
АННОТАЦИЯ 4
ОГЛАВЛЕНИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ
ЭНЕРГИИ В УСЛОВИЯХ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ 9
1.2 СТАТИСТИКА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ 11
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 1 13
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 14
2.1 ТЕОРИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК 14
2.2 РЕГУЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ 17
2.3 ХЛАДАГЕНТ 18
2.4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК В
СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ 19
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 2 23
3. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БАЛАНСА ПОМЕЩЕНИЯ «МАГАЗИН
ОПТОВОЙ ТОРГОВЛИ» 24
3.1 ПЛАНИРОВКА ПОМЕЩЕНИЯ 24
3.2 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ СТЕН 26
3.3 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОЛА ПЕРВОГО ЭТАЖА 30
3.4 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЧЕРДАЧНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ 32
3.5 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СВЕТОВЫХ ПРОЕМОВ 33
3.6 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ ДВЕРЕЙ 34
3.7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ НАРУЖНЫМИ
ОГРАЖДЕНИЯМИ ЗДАНИЯ 35
3.8 ПОТРЕБНОСТЬ В ТЕПЛОТЕ НА НАГРЕВАНИЕ
ИНФИЛЬТРУЮЩЕГО ВОЗДУХА 39
3.9 РАСХОД ТЕПЛОТЫ НА НАГРЕВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННОГО
ВОЗДУХА 41
3.10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ БЫТОВЫХ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЙ 42
3.11 СОСТАВЛЕНИЕ БАЛАНСОВ ТЕПЛА ПО ПОМЕЩЕНИЯМ 43
3.12 РАСХОД ТЕПЛА НА НАГРЕВ ВОДЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ 43
3.13 НЕОБХОДИМАЯ МОЩНОСТЬ ТЕПЛОВОГО НАСОСА 44
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 3 45
4. ВОЗДУШНАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ, СОВМЕЩЕННАЯ С ВЕНТИЛЯЦИЕЙ 46
4.1 КРАТКИЙ ОБЗОР ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ 46
4.2 РЕКУПЕРАЦИЯ В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ 47
4.3 ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ 51
4.4 ВЫБОР ТЕПЛОВОГО НАСОСА 53
4.5 РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА 57
4.6 ВЫБОР ДОГРЕВАТЕЛЬНОГО ИСТОЧНИКА ТЕПЛА 62
4.7 ИСТОЧНИК НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПОТЕНЦИАЛА 63
4.8 НАГРЕВ ВОДЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ 63
4.9 ВНЕДРЕНИЕ СИСТЕМЫ РЕКУПЕРАЦИИ С ТЕПЛОВЫМ
НАСОСОМ В ПРИТОЧНО-ВЫТЯЖНУЮ СИСТЕМУ ВЕНТИЛЯЦИИ 64
4.10 СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ 67
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 4 70
5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО НАСОСА В
УСЛОВИЯХ ЮЖНОГО УРАЛА 72
5.1 СОСТАВЛЕНИЕ СМЕТЫ КАПИТАЛЬНЫХ ВЛОЖЕНИЙ 72
5.2 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ
ВАРИАНТОВ ОТОПЛЕНИЯ 73
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 5 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 79
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 81
ПРИЛОЖЕНИЯ 84
ОГЛАВЛЕНИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ
ЭНЕРГИИ В УСЛОВИЯХ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ 9
1.2 СТАТИСТИКА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ 11
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 1 13
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 14
2.1 ТЕОРИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК 14
2.2 РЕГУЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ 17
2.3 ХЛАДАГЕНТ 18
2.4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК В
СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ 19
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 2 23
3. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БАЛАНСА ПОМЕЩЕНИЯ «МАГАЗИН
ОПТОВОЙ ТОРГОВЛИ» 24
3.1 ПЛАНИРОВКА ПОМЕЩЕНИЯ 24
3.2 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ СТЕН 26
3.3 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОЛА ПЕРВОГО ЭТАЖА 30
3.4 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЧЕРДАЧНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ 32
3.5 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СВЕТОВЫХ ПРОЕМОВ 33
3.6 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ ДВЕРЕЙ 34
3.7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ НАРУЖНЫМИ
ОГРАЖДЕНИЯМИ ЗДАНИЯ 35
3.8 ПОТРЕБНОСТЬ В ТЕПЛОТЕ НА НАГРЕВАНИЕ
ИНФИЛЬТРУЮЩЕГО ВОЗДУХА 39
3.9 РАСХОД ТЕПЛОТЫ НА НАГРЕВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННОГО
ВОЗДУХА 41
3.10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ БЫТОВЫХ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЙ 42
3.11 СОСТАВЛЕНИЕ БАЛАНСОВ ТЕПЛА ПО ПОМЕЩЕНИЯМ 43
3.12 РАСХОД ТЕПЛА НА НАГРЕВ ВОДЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ 43
3.13 НЕОБХОДИМАЯ МОЩНОСТЬ ТЕПЛОВОГО НАСОСА 44
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 3 45
4. ВОЗДУШНАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ, СОВМЕЩЕННАЯ С ВЕНТИЛЯЦИЕЙ 46
4.1 КРАТКИЙ ОБЗОР ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ 46
4.2 РЕКУПЕРАЦИЯ В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ 47
4.3 ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ 51
4.4 ВЫБОР ТЕПЛОВОГО НАСОСА 53
4.5 РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА 57
4.6 ВЫБОР ДОГРЕВАТЕЛЬНОГО ИСТОЧНИКА ТЕПЛА 62
4.7 ИСТОЧНИК НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПОТЕНЦИАЛА 63
4.8 НАГРЕВ ВОДЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ 63
4.9 ВНЕДРЕНИЕ СИСТЕМЫ РЕКУПЕРАЦИИ С ТЕПЛОВЫМ
НАСОСОМ В ПРИТОЧНО-ВЫТЯЖНУЮ СИСТЕМУ ВЕНТИЛЯЦИИ 64
4.10 СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ 67
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 4 70
5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО НАСОСА В
УСЛОВИЯХ ЮЖНОГО УРАЛА 72
5.1 СОСТАВЛЕНИЕ СМЕТЫ КАПИТАЛЬНЫХ ВЛОЖЕНИЙ 72
5.2 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ
ВАРИАНТОВ ОТОПЛЕНИЯ 73
ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 5 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 79
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 81
ПРИЛОЖЕНИЯ 84
Защита окружающей среды и постепенный отказ от ископаемых ресурсов планеты стали главной задачей современного общества. Во множестве стран ближнего и дальнего зарубежья при проектировании систем отопления и кондиционирования жилых, а также коммерческих помещений предусматривается сокращение выбросов вредных и загрязняющих веществ в почву и атмосферу, особое внимание уделяется выбросам углекислого газа (СО2), разрушающего озоновый слой атмосферы, что в свою очередь приводит к увеличению ее температуры. Это возможно осуществить лишь путем значительного сокращения использования горючих ископаемых видов топлива, таких как нефть, уголь, природный газ и другие. Но ввиду постоянного расширения и развития муниципальных и производственных отраслей ежегодный рост спроса на традиционные виды топлива будет сохраняться, и даже увеличиваться, и тем самым, продолжать вносить разрушающий вклад в защиту окружающей природы. Постоянный и растущий спрос на исчерпаемые топливные ресурсы будет порождать и постоянный рост цен на них, поэтому задачей инженеров уже долгое время является повышение энергетической эффективности установок, использующих ископаемые виды топлива и увеличение потенциала использования альтернативных видов энергии (солнечная радиация, энергия ветра, энергия приливов-отливов, геотермальная энергия, а также низкопотенциальная тепловая энергия).
Данная ситуация заставляет политиков ставить амбициозные и масштабные цели по защите окружающей среды и ресурсосбережению. Министерства энергетики совместно с исследователями и представителями промышленности работают над разработкой и развертыванием технологий, способных существенно снизить энергопотребление и выбросы в жилых, производственных и коммерческих помещениях. Наибольший сектор для реализации таких решений — это рынок теплоснабжения и кондиционирования. Согласно статистике (рис. 1.1),на бытовые системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха приходится приблизительно 36% всего потребления первичной энергии в жилых и коммерческих помещениях. Такие системы испытывают значительное увеличение энергопотребления при неправильной проектировке и установке.
Рисунок 1 - Энергопотребление в жилых помещениях [1]
Многие промышленные гиганты по производству котельного оборудования имеют широкий спектр энергоэффективного оборудования - от конденсационной техники для работы на жидком топливе или газе, котлов, использующих энергию горения экологичного биотоплива, до гелиоустановок и тепловых насосов.
Активное развитие за последние годы получили именно системы утилизации низкопотенциальной тепловой при помощи теплонасосных установок (ТНУ). Тепло-насосные установки за последние 10 лет увеличили свою долю на рынке до уровня газовых конденсационных установок и заняли прочное место в системах отопления и горячего водоснабжения. Помимо этого, тепловые насосы широко применяются в модернизации уже имеющихся систем отопления. Они способны отапливать помещения различных площадей, что означает, что каждый потребитель может снизить издержки на отопление, применение ТНУ позволяет снизить расходы на электроэнергию в пять раз по сравнению с электрообогревом,
и внести свой вклад в охрану окружающей среды, так как использование низкопотенциального тепла земли не сопровождается каким-либо экологическим ущербом.
Современная система теплоснабжения должна быть автоматизирована. Автоматизация диктуется жизненной необходимостью и требованиями строительных норм и правил (СНиП). Автоматизация обеспечивает стабильные, комфортные или пониженные температуры воздуха в отапливаемых помещениях в различные периоды времени на уровнях, заданных самим потребителем.
Цель работы: разработать энергосберегающую систему воздушного отопления для торгово-офисного помещения «Магазин оптовой торговли»
Объект исследования: система вентиляции, совмещенная с отоплением с использованием низкопотенциальной тепловой энергией.
Задачи:
1. Рассчитать тепловой баланс торгово-офисного помещения;
2. Оценить возможность использования энергии воздуха, выбрасываемого вытяжной вентиляцией;
3. Сделать подбор компрессионной установки и необходимого оборудования;
4. Выполнить подбор приточно-вытяжной установки с рекуператором;
5. Разработать схему подключения автоматической системы управления;
6. Провести оценку экономической эффективности теплонасосной установки относительно других способов отопления.
Данная ситуация заставляет политиков ставить амбициозные и масштабные цели по защите окружающей среды и ресурсосбережению. Министерства энергетики совместно с исследователями и представителями промышленности работают над разработкой и развертыванием технологий, способных существенно снизить энергопотребление и выбросы в жилых, производственных и коммерческих помещениях. Наибольший сектор для реализации таких решений — это рынок теплоснабжения и кондиционирования. Согласно статистике (рис. 1.1),на бытовые системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха приходится приблизительно 36% всего потребления первичной энергии в жилых и коммерческих помещениях. Такие системы испытывают значительное увеличение энергопотребления при неправильной проектировке и установке.
Рисунок 1 - Энергопотребление в жилых помещениях [1]
Многие промышленные гиганты по производству котельного оборудования имеют широкий спектр энергоэффективного оборудования - от конденсационной техники для работы на жидком топливе или газе, котлов, использующих энергию горения экологичного биотоплива, до гелиоустановок и тепловых насосов.
Активное развитие за последние годы получили именно системы утилизации низкопотенциальной тепловой при помощи теплонасосных установок (ТНУ). Тепло-насосные установки за последние 10 лет увеличили свою долю на рынке до уровня газовых конденсационных установок и заняли прочное место в системах отопления и горячего водоснабжения. Помимо этого, тепловые насосы широко применяются в модернизации уже имеющихся систем отопления. Они способны отапливать помещения различных площадей, что означает, что каждый потребитель может снизить издержки на отопление, применение ТНУ позволяет снизить расходы на электроэнергию в пять раз по сравнению с электрообогревом,
и внести свой вклад в охрану окружающей среды, так как использование низкопотенциального тепла земли не сопровождается каким-либо экологическим ущербом.
Современная система теплоснабжения должна быть автоматизирована. Автоматизация диктуется жизненной необходимостью и требованиями строительных норм и правил (СНиП). Автоматизация обеспечивает стабильные, комфортные или пониженные температуры воздуха в отапливаемых помещениях в различные периоды времени на уровнях, заданных самим потребителем.
Цель работы: разработать энергосберегающую систему воздушного отопления для торгово-офисного помещения «Магазин оптовой торговли»
Объект исследования: система вентиляции, совмещенная с отоплением с использованием низкопотенциальной тепловой энергией.
Задачи:
1. Рассчитать тепловой баланс торгово-офисного помещения;
2. Оценить возможность использования энергии воздуха, выбрасываемого вытяжной вентиляцией;
3. Сделать подбор компрессионной установки и необходимого оборудования;
4. Выполнить подбор приточно-вытяжной установки с рекуператором;
5. Разработать схему подключения автоматической системы управления;
6. Провести оценку экономической эффективности теплонасосной установки относительно других способов отопления.
Применение возобновляемых источников энергии в наше время - одно из приоритетных направлений. Это энергия солнца, ветра, подземных и поверхностных вод и т.д. Преобразовать эту энергию до уровня, необходимого для теплоснабжения позволяет тепловой насос.
В дипломной работе был проанализирован опыт использования тепловых насосов в России и за рубежом, в ходе анализа установлено, что использование теплонасосных установок широко распространено во всем мире, особенно в Европейских и Скандинавских странах. В России применение источников низкопотенциальной энергии только начинает развиваться. Это направление перспективно в связи с тем, что устраняет недостатки традиционной энергетики, такие как увеличение энергетической, экономической и экологической эффективности.
Нами рассмотрена возможность теплоснабжения торгово-офисного помещения с использованием теплового насоса. Тепловые потери рассчитываются путем составления теплового баланса административного помещения. Предлагаемый метод основан на методе расчета тепловых потерь через отдельные ограждающие конструкции с использованием коэффициента теплопередачи.
Тепловые насосы наиболее эффективно работают в системах низкотемпературного отопления, в особенности в системе напольного отопления «теплый пол». Такая система используется в основном для отопления жилых помещений (котеджей, квартир, дач и др.), так как обеспечивает наиболее комфортные температурные условия для проживания. В торговопроизводственных помещениях, ввиду большой свободной площади, применяются системы воздушного отопления. По этой причине для компенсации тепловых потерь была выбрана энергосберегающая приточно-вытяжная система вентиляции с интегрированной рекуперационной установкой с использованием теплового насоса. Так же был добавлен дополнительный источник тепла - пиковый
догреватель для случаев, когда температура окружающей среды будет ниже заданных -15°С.
Ввиду отсутствия на российском рынке серийно выпускаемых тепловых насосов, на основании рейтинга мировых компаний в области производства тепловых насосов, был выбран спиральный компрессорный агрегат фирмы Copeland модели ZH19K1F-TWD, разработанный специально для применения в теплонасосных установках.
Источником низкопотенциальной энергии был выбран выбрасываемый в атмосферу вытяжной воздух и была рассчитана теплоотдача от теплоносителя.
Расчет экономической эффективности показал, что использование тепловых насосов для обеспечения автономного теплоснабжения в условиях ЮжноУральского климата экономически оправданно: несмотря на высокую стоимость теплонасосного оборудования, срок окупаемости незначителен ввиду существенной экономии на эксплуатационных затратах.
Задачи, поставленные в данном дипломном проекте, выполнены. Спроектирована схема соединения уже имеющейся приточной и вытяжной вентиляции в единую систему через рекуперационную установку с тепловым насосом. Разработана схема подключения внешних проводок к контроллеру. Выбранное оборудование обеспечивает комфортный для работы микроклимат, то есть надлежащие качество и температуру воздуха согласно нормам СНиП, и отвечает правилам техники безопасности и энергоэффективности.
В дипломной работе был проанализирован опыт использования тепловых насосов в России и за рубежом, в ходе анализа установлено, что использование теплонасосных установок широко распространено во всем мире, особенно в Европейских и Скандинавских странах. В России применение источников низкопотенциальной энергии только начинает развиваться. Это направление перспективно в связи с тем, что устраняет недостатки традиционной энергетики, такие как увеличение энергетической, экономической и экологической эффективности.
Нами рассмотрена возможность теплоснабжения торгово-офисного помещения с использованием теплового насоса. Тепловые потери рассчитываются путем составления теплового баланса административного помещения. Предлагаемый метод основан на методе расчета тепловых потерь через отдельные ограждающие конструкции с использованием коэффициента теплопередачи.
Тепловые насосы наиболее эффективно работают в системах низкотемпературного отопления, в особенности в системе напольного отопления «теплый пол». Такая система используется в основном для отопления жилых помещений (котеджей, квартир, дач и др.), так как обеспечивает наиболее комфортные температурные условия для проживания. В торговопроизводственных помещениях, ввиду большой свободной площади, применяются системы воздушного отопления. По этой причине для компенсации тепловых потерь была выбрана энергосберегающая приточно-вытяжная система вентиляции с интегрированной рекуперационной установкой с использованием теплового насоса. Так же был добавлен дополнительный источник тепла - пиковый
догреватель для случаев, когда температура окружающей среды будет ниже заданных -15°С.
Ввиду отсутствия на российском рынке серийно выпускаемых тепловых насосов, на основании рейтинга мировых компаний в области производства тепловых насосов, был выбран спиральный компрессорный агрегат фирмы Copeland модели ZH19K1F-TWD, разработанный специально для применения в теплонасосных установках.
Источником низкопотенциальной энергии был выбран выбрасываемый в атмосферу вытяжной воздух и была рассчитана теплоотдача от теплоносителя.
Расчет экономической эффективности показал, что использование тепловых насосов для обеспечения автономного теплоснабжения в условиях ЮжноУральского климата экономически оправданно: несмотря на высокую стоимость теплонасосного оборудования, срок окупаемости незначителен ввиду существенной экономии на эксплуатационных затратах.
Задачи, поставленные в данном дипломном проекте, выполнены. Спроектирована схема соединения уже имеющейся приточной и вытяжной вентиляции в единую систему через рекуперационную установку с тепловым насосом. Разработана схема подключения внешних проводок к контроллеру. Выбранное оборудование обеспечивает комфортный для работы микроклимат, то есть надлежащие качество и температуру воздуха согласно нормам СНиП, и отвечает правилам техники безопасности и энергоэффективности.
