Тепловые потери переменного тока

Расчет тепловых потерь в тепловых сетях

1. Расчёт потерь тепла с трубопроводов
2. Расчет тепловых потерь в тепловых сетях при транспортировке тепловой энергии
   1. Потери тепловой энергии через изоляцию трубопроводов
3. Расчет потерь в тепловых сетях
   1. =======>>> посмотреть здесь .
4. Расчет нормативных потерь тепла через изоляцию трубопроводов тепловых сетей Текст научной статьи по специальности «Жилищное хозяйство»
   1. Аннотация научной статьи по жилищно-коммунальному хозяйству, домоводству и бытовому обслуживанию, автор научной работы — Ф Бадах Владимир Федорович, Кузнецова Анна Дмитриевна
   2. CALCULATION OF STANDARD LOSSES OF HEAT THROUGH ISOLATION OF PIPELINES OF THERMAL NETWORKS
5. Расчет потерь тепла в тепловых сетях

Типы тепловых трат

Для каждого участка характерен свой тип тепловых трат. Рассмотрим каждый из них подробнее.

Котельная

В ней установлен котел, который преобразует топливо и передает тепловую энергию теплоносителю. Любой агрегат теряет часть вырабатываемой энергии по причине недостаточного сгорания топлива, выхода тепла через стенки котла, проблем с продувкой. В среднем, используемые на сегодняшний день котлы имеют КПД 70-75%, тогда как более новые котлы будут обеспечивать коэффициент 85% и процент потерь у них существенно ниже.

Дополнительное влияние на растраты энергии оказывают:

1. отсутствие своевременной наладки режимов котла (потери возрастают на 5-10%);
2. несоответствие диаметра сопел горелок нагрузке теплового агрегата: снижается теплоотдача, топливо сгорает не до конца, потери увеличиваются в среднем на 5%;
3. недостаточно частая чистка стенок котла — появляется накипь и отложения, эффективность работы уменьшается на 5%;
4. отсутствие контролирующих и регулировочных средств — измерителей пара, счетчиков электроэнергии, датчиков тепловой нагрузки, — или их неверная настройка уменьшают коэффициент полезности на 3-5%;
5. трещины и повреждения стенок котла снижают КПД на 5-10%;
6. использование устаревшего насосного оборудования уменьшает затраты котельной по ремонту и обслуживанию.

Потери в трубопроводах

Эффективность работы теплотрассы определяют следующие показатели:

1. КПД насосов, с помощью которых теплоноситель двигается по трубам;
2. качество и способ укладки теплопровода;
3. правильные настройки тепловой сети, от которых зависит распределение тепла;
4. протяженность трубопровода.

При грамотном проектировании тепловой трассы нормативные потери тепловой энергии в тепловых сетях составят не более 7%, даже если потребитель энергии будет располагаться от места производства топлива на расстоянии 2 км. Фактически на сегодняшний день на данном участке сети теплопотери могут достигать 30 и более процентов.

Потери объектов потребления

Определить лишние траты энергии в отапливаемом помещении можно при наличии прибора учета или счетчика.

Причинами такого рода потерь могут быть:

1. неравномерное распределение отопления по помещению;
2. уровень обогрева не соответствует погодным условиям и времени года;
3. отсутствие рециркуляции горячего водоснабжения;
4. отсутствие датчиков контроля температуры на бойлерах горячей воды;
5. загрязнение труб или наличие внутренних утечек.

Расчет теплопотерь

Вот как следует производить вычисления:

Теплопотери через ограждающие конструкции

Для каждого материала, входящего в состав ограждающих конструкций, в справочнике или предоставленном производителем паспорте находим значение коэффициента теплопроводности Кт (единица измерения — Вт/м*градус).

Для каждого слоя ограждающих конструкций определяем термическое сопротивление по формуле: R = S/Кт, где S – толщина данного слоя, м.

Для многослойных конструкций сопротивления всех слоев нужно сложить.

Определяем теплопотери для каждой конструкции по формуле Q = (A / R) *dT,

• А — площадь ограждающей конструкции, кв. м;
• dT — разность наружной и внутренней температур.
• dT следует определять для самой холодной пятидневки.

Теплопотери через вентиляцию

Для этой части расчета необходимо знать кратность воздухообмена.

В жилых зданиях, возведенных по отечественным стандартам (стены являются паропроницаемыми), она равна единице, то есть за час должен обновиться весь объем воздуха в помещении.

В домах, построенных по европейской технологии (стандарт DIN), при которой стены изнутри застилаются пароизоляцией, кратность воздухообмена приходится увеличивать до 2-х. То есть за час воздух в помещении должен обновиться дважды.

Теплопотери через вентиляцию определим по формуле:

Qв = (V*Кв / 3600) * р * с * dT,

• V — объем помещения, куб. м;
• Кв — кратность воздухообмена;
• Р — плотность воздуха, принимается равной 1,2047 кг/куб. м;
• С — удельная теплоемкость воздуха, принимается равной 1005 Дж/кг*С.

Приведенный расчет позволяет определить мощность, которую должен иметь теплогенератор системы отопления. Если она оказалась слишком высокой, можно сделать следующее:

• понизить требования к уровню комфорта, то есть установить желаемую температуру в наиболее холодный период на минимальной отметке, допустим, в 18 градусов;
• на период сильных холодов понизить кратность воздухообмена: минимально допустимая производительность приточной вентиляции составляет 7 куб. м/ч на каждого обитателя дома;
• предусмотреть организацию приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором.

Заметим, что рекуператор полезен не только зимой, но и летом: в жару он позволяет сэкономить произведенный кондиционером холод, хотя и работает в это время не столь эффективно, как в мороз.

Правильнее всего при проектировании дома выполнить зонирование, то есть назначить для каждого помещения свою температуру исходя из требуемого комфорта. К примеру, в детской или комнате пожилого человека следует обеспечить температуру порядка 25-ти градусов, тогда как для гостиной будет достаточно и 22-х. На лестничной площадке или в помещении, где жильцы появляются редко либо имеются источники тепловыделения, расчетную температуру можно вообще ограничить 18-ю градусами.

Очевидно, что цифры, полученные в данном расчете, актуальны только для очень короткого периода — самой холодной пятидневки. Чтобы определить общий объем энергозатрат за холодный сезон, параметр dT нужно вычислять с учетом не самой низкой, а средней температуры. Затем нужно выполнить следующее действие:

W = ((Q + Qв) * 24 * N)/1000,

• W — количество энергии, требующейся для восполнения теплопотерь через ограждающие конструкции и вентиляцию, кВт*ч;
• N — количество дней в отопительном сезоне.

Теплопотери через канализацию

Для приема гигиенических процедур и мытья посуды жильцы дома греют воду и произведенное тепло уходит в канализационную трубу.

Но в данной части расчета следует учитывать не только прямой нагрев воды, но и косвенный — отбор тепла осуществляет вода в бачке и сифоне унитаза, которая также сбрасывается в канализацию.

Исходя из этого, средняя температура нагрева воды принимается равной всего 30-ти градусам. Теплопотери через канализацию рассчитываем по следующей формуле:

Qк = (Vв * T * р * с * dT) / 3 600 000,

• Vв — месячный объем потребления воды без разделения на горячую и холодную, куб. м/мес.;
• Р — плотность воды, принимаем р = 1000 кг/куб. м;
• С — теплоемкость воды, принимаем с = 4183 Дж/кг*С;
• dT — разность температур. Учитывая, что вода на входе зимой имеет температуру около +7 градусов, а среднюю температуру нагретой воды мы условились считать равной 30-ти градусам, следует принимать dT = 23 градуса.
• 3 600 000 — количество джоулей (Дж) в 1-м кВт*ч.

Удельные тепловые потери здания

Существует много способов расчета тепловых потерь здания, один из них – в предложенной ниже таблице.

Таблица « Удельные тепловые потери для основных охлаждающихся поверхностей в жилых зданиях»:

Вид стен и охлаждающихся поверхностей

Количество теряемого тепла (Вт/ккал/ч) через 1 м2 поверхности стен по внутреннему обмеру помещения при средней температуре наиболее холодной пятидневки (°С)

24-25

25-26

28-29

30-31

Тепловые потери зависят от многих факторов: теплонепроницаемости дверей, окон, стен, перекрытий и уличной температуры. Правильно выбранная печь должна соответствовать средней часовой теплоотдаче и такой же теплопотере.

Виды тепловых нагрузок

При расчетах учитывают средние сезонные температуры

Тепловые нагрузки носят разный характер. Есть некоторый постоянный уровень теплопотерь, связанный с толщиной стены, конструкцией кровли. Есть временные – при резком снижении температуры, при интенсивной работе вентиляции. Расчет всей тепловой нагрузки учитывает и это.

Сезонные нагрузки

Так называют теплопотери, связанные с погодой. Сюда относят:

• разницу между температурой наружного воздуха и внутри помещения;
• скорость и направление ветра;
• количество солнечного излучения – при высокой инсоляции здания и большом количестве солнечных дней даже зимой дом охлаждается меньше;
• влажность воздуха.

Сезонную нагрузку отличает переменный годовой график и постоянный суточный. Сезонная тепловая нагрузка – это отопление, вентиляция и кондиционирование. К зимним относят 2 первых вида.

В формулах используют не кратковременные резкие изменения температуры и влажности – максимальные, а усредненные: значения, наблюдаемые за 5 самых холодных дней из 5 самых холодных зим за 50 лет.

Постоянные тепловые

Промышленное холодильное оборудование выделяет большое количество тепла

К круглогодичным относят горячее водоснабжение и технологические аппараты. Последние имеет значение для промышленных предприятий: варочные котлы, промышленные холодильники, пропарочные камеры выделяют гигантское количество тепла.

В жилых зданиях нагрузка на горячее водоснабжение становится сравнима с отопительной нагрузкой. Величина эта мало изменяется в течение года, но сильно колеблется в зависимости от времени суток и дня недели. Летом расход ГСВ уменьшается на 30%, так как температура воды в холодном водопроводе выше на 12 градусов, чем зимой. В холодное время года потребление горячей воды растет, особенно в выходные дни.

Сухое тепло

Комфортный режим определяется температурой воздуха и влажностью. Эти параметры рассчитывают, руководствуясь понятиями сухого и скрытого тепла. Сухое – это величина, измеряемая специальным сухим термометром. На нее воздействует:

• остекление и дверные проемы;
• солнце и тепловые нагрузки на зимнее отопление;
• перегородки между комнатами с разной температурой, полы над пустым пространством, потолки под чердаками;
• трещины, щели, зазоры в стенах и дверях;
• воздуховоды вне отапливаемых зон и вентиляция;
• оборудование;
• люди.

Полы на бетонном фундаменте, подземные стены при расчетах не учитываются.

Скрытое тепло

Влажность помещения повышает температуру внутри

Этот параметр определяет влажность воздуха. Источником выступает:

• оборудование – нагревает воздух, снижает влажность;
• люди – источник влажности;
• потоки воздуха, проводящие сквозь трещины и щели в стенах.

Обычно вентиляция не влияет на сухость помещения, однако есть исключения.

Простой расчет теплопотерь зданий.

Ниже приведен довольно простой расчет теплопотерь зданий, который, тем не менее, поможет достаточно точно определить мощность, требуемую для отопления Вашего склада, торгового центра или другого аналогичного здания. Это даст возможность еще на стадии проектирования предварительно оценить стоимость отопительного оборудования и последующие затраты на отопление, и при необходимости скорректировать проект.

Куда уходит тепло? Тепло уходит через стены, пол, кровлю и окна. Кроме того тепло теряется при вентиляции помещений. Для вычисление теплопотерь через ограждающие конструкции используют формулу:

Q — теплопотери, Вт

S — площадь конструкции, м2

T — разница температур между внутренним и наружным воздухом, °C

R — значение теплового сопротивления конструкции, м2•°C/Вт

Схема расчета такая — рассчитываем теплопотери отдельных элементов, суммируем и добавляем потери тепла при вентиляции. Все.

Предположим мы хотим рассчитать потери тепла для объекта, изображенного на рисунке. Высота здания 5…6 м, ширина – 20 м, длинна – 40м, и тридцать окон размеров 1,5 х 1,4 метра. Температура в помещении 20 °С, внешняя температура -20 °С.

Считаем площади ограждающих конструкций:

пол: 20 м * 40 м = 800 м2

кровля: 20,2 м * 40 м = 808 м2

окна: 1,5 м * 1,4 м * 30 шт = 63 м2

стены: (20 м + 40 м + 20 м + 40м) * 5 м = 600 м2 + 20 м2 (учет скатной кровли) = 620 м2 – 63 м2 (окна) = 557 м2

Теперь посмотрим тепловое сопротивление используемых материалов.

Значение теплового сопротивления можно взять из таблицы тепловых сопротивлений или вычислить исходя из значения коэффициента теплопроводности по формуле:

R – тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт

? – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м2*К)

d – толщина материала, м

Значение коэффициентов теплопроводности для разных материалов можно посмотреть здесь.

пол: бетонная стяжка 10 см и минеральная вата плотностью 150 кг/м3. толщиной 10 см.

R (бетон) = 0.1 / 1,75 = 0,057 (м2*К)/Вт

R (минвата) = 0.1 / 0,037 = 2,7 (м2*К)/Вт

R (пола) = R (бетон) + R (минвата) = 0,057 + 2,7 = 2,76 (м2*К)/Вт

кровля: кровельные сэндвич панели из минеральной ваты толщиной 15 см

R (кровля) = 0.15 / 0,037 = 4,05 (м2*К)/Вт

окна: значение теплового сопротивления окон зависит от вида используемого стеклопакета
R (окна) = 0,40 (м2*К)/Вт для однокамерного стекловакета 4–16–4 при ?T = 40 °С

стены: стеновые сэндвич панели из минеральной ваты толщиной 15 см
R (стены) = 0.15 / 0,037 = 4,05 (м2*К)/Вт

Посчитаем тепловые потери:

Q (пол) = 800 м2 * 20 °С / 2,76 (м2*К)/Вт = 5797 Вт = 5,8 кВт

Q (кровля) = 808 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 7980 Вт = 8,0 кВт

Q (окна) = 63 м2 * 40 °С / 0,40 (м2*К)/Вт = 6300 Вт = 6,3 кВт

Q (стены) = 557 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 5500 Вт = 5,5 кВт

Получаем, что суммарные теплопотери через ограждающие конструкции составят:

Q (общая) = 5,8 + 8,0 + 6,3 + 5,5 = 25,6 кВт / ч

Теперь о потерях на вентиляцию.

Для нагрева 1 м3 воздуха с температуры — 20 °С до + 20 °С потребуется 15,5 Вт.

Q(1 м3 воздуха) = 1,4 * 1,0 * 40 / 3,6 = 15,5 Вт, здесь 1,4 – плотность воздуха (кг/м3), 1,0 – удельная теплоёмкость воздуха (кДж/(кг К)), 3,6 – коэффициент перевода в ватты.

Осталось определиться с количеством необходимого воздуха. Считается, что при нормальном дыхании человеку нужно 7 м3 воздуха в час. Если Вы используете здание как склад и на нем работают 40 человек, то вам нужно нагревать 7 м3 * 40 чел = 280 м3 воздуха в час, на это потребуется 280 м3 * 15,5 Вт = 4340 Вт = 4,3 кВт. А если у Вас будет супермаркет и в среднем на территории находится 400 человек, то нагрев воздуха потребует 43 кВт.

Итоговый результат:

Для отопления предложенного здания необходима система отопления порядка 30 кВт/ч, и система вентиляции производительностью 3000 м3 /ч с нагревателем мощность 45 кВт/ч.

Высоковольтная линия передачи постоянного тока

В 1960 году было решено, что на большие расстояния лучше всего передавать постоянный ток. Такой способ передачи используется на некоторых крупных западных электростанциях. В сеть выдается ток максимально возможного напряжения, для уменьшения потерь. Отсюда и произошло название – высоковольтная линия передачи постоянного тока.
Такая передача имеет следующие преимущества:
— используется два, а не три кабеля, что ведет к уменьшению несущих конструкций.
— отсутствуют емкостные и индуктивные потери, также не нужны корректирующие звенья.
Но в связи с необходимостью преобразовывать, ток из переменного в постоянный, а затем постоянный в трехфазный, для подачи потребителям, используется такой вид передачи электроэнергии на расстояния свыше 1000 км.
Также высоковольтную передачу тока применяют для передачи энергии от прибрежных ветроэлектрических установок к материку. Так как при таком виде передачи энергии, легче регулировать пики мощности в работе ветросиловых установках.