Проектирование системы теплоснабжения жилого микрорайона, расположенного в г. Брянск

Таблица 4. Результаты гидравлического  расчета системы отопления и  вентиляции

Участок магистрали	l,м	G, кг/с	Rл, Па/м	d, м	dГОСТ,м	Rлд, Па/м	Lэкв, м	,м	,Па
0-А	17	22,275	100	0,161	0,15	143,63	17,02	34,02	4887
А-Б	38	20,477	100	0,156	0,15	121,37	11,63	49,63	6024
Б-В	15	17,771	100	0,148	0,15	91,42	4,82	19,82	1812
В-Г	25	15,973	100	0,142	0,15	73,85	8,23	33,23	2554
Г-Д	53	13,267	100	0,132	0,125	132,71	3,84	56,84	7543
Д-Е	92	11,729	100	0,126	0,125	103,72	5,2	97,2	10081
Е-Ж	42	6,621	100	0,101	0,1	106,64	3,08	45,08	4807
Ж-7	46	4,822	100	0,091	0,1	56,57	12,65	58,65	3318
Ответвления
А-1	10	1,799	401,6	0,047	0,051	269,91	11,64	21,64	5841
Б-2	8	2,705	151,	0,067	0,07	115,82	17,29	25,29	2929
В-3	10	1,799	163,6	0,056	0,051	269,91	11,64	21,64	5841
Г-4	11	2,705	457,1	0,054	0,051	610,67	11,64	22,64	13825
Д-5	15	1,538	448,	0,044	0,051	197,36	11,64	26,64	5257
Е-6	11	5,108	291,3	0,075	0,07	412,94	10,94	21,94	9062
Ж-8	10	1,799	221,1	0,053	0,051	269,91	11,34	21,34	5761

Гидравлический расчет системы горячего водоснабжения

Таблица 5. Расходы теплоносителя  на горячее водоснабжение

Наименование постройки	Расход теплоносителя
	кг/c	т/ч
Дом №1	0,723	2,603
Дом №2	0,723	2,603
Дом №3	0,723	2,603
Дом №4	0,723	2,603
Дом №5	1,446	5,306
Дом №6	0,723	2,603
Детский сад	0,362	1,303
Поликлиника	1,687	6,073

Расчет главной  магистрали рассмотрим на примере участка  Е-Ж.

Длина участка Е-Ж L=42 м; расход воды G=2,411 кг/с.

Предварительная оценка диаметра участка  выполняется по формуле:

,

где R_л=100 Па/м предварительно принимаем на основе рекомендаций.

Ближайший стандартный внутренний диаметр d^гост=70 мм.

Действительное удельной падение  давления (на единицу длины трубопровода) определяется по формуле:

.

Определение эквивалентной длины  местных сопротивлений по формуле:

;

На участке находится две  задвижки и тройник:

.

Падение давления на участке:

.

Расчет ответвлений  магистрали рассмотрим на примере участка  Е-6.

Длина ответвления Е-6 L=11 м; расход воды G=1,446 кг/с.

Падение давления на ответвлении:

.

Удельное падение давления:

,

где а =l_э / l=0,5 (предварительно оценивается).

Диаметр ответвления:

Ближайший стандартный внутренний диаметр d^гост=51 мм.

Действительное удельное падение  давления:

.

Эквивалентная длина местных сопротивлений  ответвления:

.

Уточнение падения давления на ответвлении:

.

Аналогичным образом рассчитываются остальные участки магистрали и  ответвлений.

Результаты расчета приведены  в табл. 5.

На основании данных расчетов строим пьезометрический график (рис. 5).

Таблица 5. Результаты гидравлического  расчета системы горячего водоснабжения

Участок магистрали	l,м	G, кг/с	Rл, Па/м	d, м	dГОСТ,м	Rлд, Па/м	Lэкв, м	,м	,Па
0-А	17	7,112	100	0,104	0,1	123,03	10,26	27,26	3353
А-Б	38	6,388	100	0,101	0,1	99,28	7,01	45,01	4468
Б-В	15	5,665	100	0,096	0,1	78,07	2,91	17,91	1398
В-Г	25	4,942	100	0,091	0,1	59,41	4,96	29,96	1780
Г-Д	53	4,219	100	0,086	0,082	122,72	2,27	55,27	6783
Д-Е	92	3,857	100	0,083	0,082	102,59	3,07	95,07	9753
Е-Ж	42	2,411	100	0,067	0,07	91,96	1,97	43,97	4044
Ж-7	46	1,687	100	0,061	0,07	45,06	8,97	54,97	2477
Ответвления
А-1	10	0,723	401,6	0,036	0,033	428,96	6,75	16,75	7187
Б-2	8	0,723	151,	0,043	0,04	156,24	8,59	16,59	2592
В-3	10	0,723	163,6	0,043	0,04	156,24	8,59	18,59	2905
Г-4	11	0,723	457,1	0,034	0,033	428,96	6,75	17,75	7616
Д-5	15	0,362	448,	0,026	0,033	107,24	6,75	21,75	2333
Е-6	11	1,446	291,3	0,048	0,051	174,55	7,37	18,37	3206
Ж-8	10	0,723	221,1	0,039	0,04	156,24	8,37	18,37	2871

3.2 Тепловой расчет тепловых  сетей

Исходными данными для расчета  тепловой изоляции водяной сети являются: длина рассматриваемого участка  или ответвления, его внутренний и наружный диаметры, температура  теплоносителя в подающей и обратной линии. Для данной тепловой сети используется подземная бесканальная прокладка.

Методика теплового расчета

Рассмотрим участок О-А. Внутренний диаметр трубопровода d_вн = 0,15 м; наружный диаметр трубопровода d_нар = 0,159 м; расход теплоносителя на участке G = 22,275 кг/с; длина участка L = 17 м; глубина заложения трубопровода hо=1,5 м; температура грунта +5C.

1) Выбирается материал для теплоизоляционного  слоя: пенополиуретан.

Теплопроводность теплоизоляционного материала со средней плотностью :

,

где, - средняя температура теплоизоляционного слоя, ;

Средняя температура теплоизоляционного слоя:

- для подающего трубопровода

- для обратного трубопровода

,

где, - средняя температура теплоносителя  в трубопроводе, .

Откуда коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала:

- для подающего трубопровода

.

- для обратного трубопровода

.

2) Определяется значение коэффициента  дополнительных потерь , учитывающего тепловые потери через теплопроводные включения в теплоизоляционных конструкциях при наличии в них крепежных деталей и опор.

Для бесканальной прокладки .

3) Для расчетного участка предварительно  принимаются толщины изоляции  для подающего () и обратного трубопроводов (). Рекомендованное значение толщины ППУ-изоляции для трубопровода наружным диаметром 219 мм соответственно равно:

.

4) Определяются наружные диаметры  теплопроводов:

- для подающего трубопровода

.

- для обратного трубопровода

,

где, - наружный диаметр подающего  и обратного трубопровода с изоляцией, мм;

- наружный диаметр подающего  и обратного трубопровода соответственно, мм.

5) Определяется термическое сопротивление  слоев изоляции:

- для подающего трубопровода

.

- для обратного трубопровода

.

6) Вычисляется термическое сопротивление  грунта:

где, - коэффициент теплопроводности грунта, ;

вид грунта - песок (, .

7) Термическое сопротивление, обусловленное  взаимодействием двух труб:

где, - расстояние между осями трубопроводов, м.

8) Тепловые потери через изолированную  поверхность трубопроводов системы  отопления и вентиляции:

- для подающего трубопровода

- для обратного трубопровода

где , - средние температуры теплоносителей в подающей и обратной линиях соответственно, ;

- температура грунта, .

Суммарные удельные тепловые потери:

Предельная толщина теплоизоляционного слоя для условного прохода 250мм равна 120 мм, следовательно, принятые значения толщин теплоизоляции являются искомыми .

8) Суммарные потери теплоты на  участке О-А:

.9) Тепловые потери на участке подающей линии:

.10) Температура теплоносителя в конце расчетного участка:

.

Расчет потерь тепла  с утечками

Потери тепла с утечками рассчитываются по формуле:

где - утечки сетевой воды, кг/с;

- теплоёмкость воды, кДж/(кгК);

и - температуры сетевой воды в  подающем и обратном трубопроводах;

- температура исходной воды.

где - объём тепловых сетей, м³.

Согласно СНиП «Тепловые сети»  объём тепловых сетей принимается 70м³ на 1МВт отпущенного тепла. Соответственно для проектируемой теплотрассы объём тепловых сетей составляет

Определяем утечки сетевой воды, кг/с:

Потери тепла с утечками , кВт:

На основе расчетных данных из таблиц можно сделать вывод, что минимальная  и максимальная толщина ППУ-изоляции для данной тепловой сети составляет 29 и 42,5 мм соответственно. Линейная плотность  теплового потока ниже нормативных  потерь для соответствующих диаметров  трубопроводов примерно в 1,5 раза. Падение  температуры теплоносителя в  системе отопления и вентиляции у конечного потребителя не превышает 0,3 , в системе горячего водоснабжения 0,5 соответственно. Суммарные потери тепла в системе отопления  и вентиляции составляют 20,270 кВт, а  в системе горячего водоснабжения 18,360 кВт на расчетном режиме работы. С учетом утечек теплоносителя суммарные  потери теплоты составили 215,31 кВт.

4. Расчет источника теплоснабжения

4.1 Расчет принципиальной  тепловой схемы котельной

Исходные данные

Котельная предназначена для централизованного  теплоснабжения жилого микрорайона, а  именно систем отопления, вентиляции и  горячего водоснабжения.

Рассчитываем блочную котельную  с водогрейными котлами.

Расчетная нагрузка отопления и  вентиляции .

Расчетная нагрузка горячего водоснабжения.

Температурный график водяной тепловой сети -.

Температурный график системы ГВС -.

Температура теплоносителя на входе  в котлоагрегат 80 .

Температура теплоносителя на выходе из котлоагрегата 115 .

Котельная работает на газообразном топливе.

Расчет выполнен для максимально-зимнего  и летнего периода.

Результаты расчета тепловой схемы  водогрейной котельной приведены  в табл. 8.

Таблица 6. Расчет тепловой схемы котельной

Расчетная величина	Обозначение	Расчетная формула или  способ определения	Единица измерения	Расчетный режим tн = - 26 °С	Летний режим
Расход теплоты на отопление  и вентиляцию		Из расчета	кВт	2331,63	-
Расход теплоты на ГВС		Из расчета	кВт	1286,31	1054,77
Общая тепловая мощность котельной			кВт	3617,94	1054,77
Температура прямой сетевой  воды на выходе из сетевого подогревателя		Из расчета	єС	95	-
Температура обратной сетевой  воды на входе в сетевой подогреватель		Из расчета	єС	70	-
Расход сетевой воды на отопление и вентиляцию			кг/с	22,275	-
Расход сетевой воды на ГВС			кг/с	12,289	10,077
Общий расход сетевой воды			кг/с	34,564	10,077
Расход теплоты на собственные  нужды			кВт	108,54	31,64
Расход воды через котел  на собственные нужды			кг/c	0,741	0,216
Расход воды на подпитку наружного контура			кг/с	0,527	0,154
Расход воды на подпитку внутреннего контура			кг/c	0,173	0,05
Расход химочищенной воды			кг/с	0,7	0,204
Расход исходной воды			кг/с	0,7	0,204
Потери теплоты через  утечки		Из теплового расчета	кг/с	176,68	51,51
Общая тепловая мощность ТГУ			кВт	3903,16	1137,92
Расход воды через котельные  агрегаты			кг/с	26,634	7,765
Расход греющей воды на сетевой подогреватель			кг/с	15,911	-
Расход греющей воды на подогреватель ГВС			кг/с	8,778	7,198

4.2 Выбор оборудования  котельной

На основании расчета тепловой схемы выбираем оборудование котельной.

Выбор сетевого подогревателя

Исходные  данные:

Расход греющей воды ;

расход нагреваемой воды .

Подогрев воды производится от 70 до 95 ⁰С, за счет охлаждения котельной воды от 115 до 80 ⁰С.

1) Тепловая мощность подогревателя:

=2331,666 кВт.

2) Среднелогарифмический температурный напор:

3) Ориентировочная величина поверхности  теплообмена при принятом значении  коэффициента теплопередачи k=3000Вт/м²К:

Выбираем два параллельно включенных пластинчатых теплообменника HH№41 «Ридан».

Характеристика выбранного подогревателя:

Количество пластин типа HH41-TK - n=52-115;

Площадь одной пластины - 0,45 ;

Материал пластин - нержавеющая  сталь AISI 304;

Коэффициент теплопроводности пластин ;

Максимальная поверхность теплообмена 72,5;

Эквивалентный диаметр пластины - 4,7 мм;

Толщина пластин - 0,5 мм;

число ходов по нагреваемой и  охлаждаемой среде - 1;

проходное сечение межпластинного канала;

комплексные геометрические факторы  для учета влияния особенностей геометрии пластин на теплообмен и гидравлическое сопротивление  при течении теплоносителей в  каналах теплообменников:

Выбор подогревателя ГВС

Исходные данные:

Расход греющей воды ;

расход нагреваемой воды .

Подогрев воды производится от 40 до 65 ⁰С, за счет охлаждения котельной воды от 115 до 80 ⁰С.

Тепловая мощность подогревателя:

=1286,323 кВт.

Среднелогарифмический температурный напор:

Ориентировочная величина поверхности  теплообмена при принятом значении коэффициента теплопередачи k=3000 Вт/м²К:

Выбираем два параллельно включенных пластинчатых теплообменника HH№14 «Ридан».

Характеристика выбранного подогревателя:

Количество пластин типа HH14-TK - n=40-75;

Площадь одной пластины - 0,073 ;

Материал пластин - нержавеющая  сталь AISI 304;

Коэффициент теплопроводности пластин ;

Максимальная поверхность теплообмена 11,4 ;

Эквивалентный диаметр пластины - 4,5 мм;

Толщина пластин - 0,5 мм;

число ходов по нагреваемой и  охлаждаемой среде - 1;

проходное сечение межпластинного канала;

комплексные геометрические факторы  для учета влияния особенностей геометрии пластин на теплообмен и гидравлическое сопротивление  при течении теплоносителей в  каналах теплообменников:

Выбор насосов

Циркуляционный насос системы  отопления и вентиляции.

Циркуляционные насосы выбираются в соответствии с расходом сетевой  воды на отопление и вентиляцию (22,275 кг/c = 80,19 т/ч). Выбираем три насоса CP-65-4700/A/BAQE/11 (2-рабочих, 1-резервный).