Магистерский диплом (ВКР) на тему Модернизация системы отопления административного здания с использованием альтернативных и нетрадиционных источников теплоснабжения

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 4

1 Обзор литературных
источников. 6

2 Расход тепловой энергии
на отопление здания за отопительный период. 17

3 Определение факторов,
влияющих на энергетическую эффективность систем теплоснабжения, работающих в
комплексе с тепловыми насосами. 20

4 Моделирование системы
теплоснабжения, работающей в комплексе с тепловыми насосами. 33

5 Методика расчета
системы теплоснабжения и подбора необходимого теплонасосного комплекса. 40

6 Оценка технико –
экономического эффекта. 64

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 68

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 70

Введение:

Актуальность работы: Система отопления
— это процесс теплопередачи, в котором используется источник энергии для
нагрева воды выше ее начальной температуры с целью отопления помещения.

Приборы,
обеспечивающие непрерывную подачу горячей воды, называются водонагревателями,
бойлерами, теплообменниками или калориферами. Эти названия зависят от региона,
а также от источника энергии.

Для нагрева
воды, с целью отопления помещения, обычно используют ископаемое топливо:

— природный
газ;

— сжиженный
нефтяной газ;

— нефть;

— твердое
топливо (дрова, древесный уголь и т.п.).

Они могут
потребляться напрямую или производить электричество, которое, в свою очередь,
нагревает воду. Электроэнергия для нагрева воды также может поступать из любого
другого источника электроэнергии, такого как ядерная энергия или возобновляемые
источники энергии. Альтернативные источники энергии, такие как солнечная
энергия, тепловые насосы, рециркуляция тепла горячей водой и геотермальное
отопление, также могут нагревать воду, часто в сочетании с резервными
системами, работающими на ископаемом топливе или электроэнергии.

Густонаселенные
городские районы обеспечивают централизованное теплоснабжение горячей водой.
Системы централизованного теплоснабжения поставляют энергию для нагрева воды и
помещений от ТЭЦ, отходящее тепло промышленных предприятий, мусоросжигательных
заводов, геотермального отопления и центрального солнечного отопления.
Фактический подогрев водопроводной воды осуществляется в теплообменниках на
территории потребителей. Обычно у потребителя нет резервной системы внутри здания
из-за ожидаемой высокой доступности систем централизованного теплоснабжения.

Из – за
сложно экологические ситуации в мире, и дороговизне полезных ископаемых,
применяемых для нагрева воды при отоплении помещений, в мире, в последнее
время, разрабатываются системы отопления, основанные на экологически чистые
источники энергии.

В данной
работе будет разработана система отопления административного здания с
использованием альтернативных и нетрадиционных источников теплоснабжения. Цель работы: целью диссертации является
тепловой расчёт здания, расчёт элементов теплонаносной установки, выбор альтернативного
источника теплоснабжения и определением экономической эффективности проекта. Задачи работы:

— дать
характеристику объекта исследования;

— выбрать
альтернативный источник теплоснабжения;

— произвести
расчет системы отопления административного здания;

— выполнить
оценку экономической эффективности проекта.

Заключение:

1. В
проделанной работе были решены следующие задачи:

2. Выполнен
обзор литературных источников.

Показан
расход тепловой энергии на отопление здания за отопительный период. Показано,
что оптимизация режимов работы системы отопления с использованием
альтернативных и нетрадиционных источников теплоснабжения
Кемеровской дистанции гражданских сооружений будет проходить в городе
Новокузнецк на улице Промышленная д.5.

3. Определены
факторы, влияющие на энергетическую эффективность систем теплоснабжения,
работающих в комплексе с тепловыми насосами.

Показано, что
первое и несомненное преимущество тепловых насосов – значительная экономия
электроэнергии. Да, им, в отличие от солнечных коллекторов, она необходима,
однако в гораздо меньших количествах. Например, электрический котел (или
обогреватель) забирает столько же энергии, сколько выдает тепла.

Тепловой
насос, наоборот, тратит минимум электроэнергии, а тепла производит в три-семь
раз больше. Оборудование может потратить 5 кВт/ч, однако тепла оно выделяет не
менее 17 кВт/ч. Высокий КПД – самое привлекательное качество тепловых котлов.

4. Выполнено
моделирование системы
теплоснабжения, работающей в комплексе с тепловыми насосами.

5. Представлена методика расчета
системы теплоснабжения и подбора необходимого теплонасосного комплекса.

Были выполнены следующие расчеты:

 — расчет испарителя;

— определена толщина
стенки сварной цилиндрической обечайки горизонтального аппарата, работающего
под внутренним давлением;

— определена
высота плоской круглой трубной решетки типа II в аппарате испарителя;

— произведен
тепловой расчет конденсатора — 
У-образного теплообменника горизонтального типа;

— определена
высота плоской круглой трубной решетки типа II в аппарате конденсатора.

6.
Произведена оценка технико – экономического эффекта.

Было
показано, что наиболее эффективной системой отопления здания является
электроотопление. Электротопление в сочетании с теплонасосом комплексом даст
наибольший экономический эффект.

Также
были сделаны следующие выводы:

—
использование тепловых насосов для систем отопления связано с значительным
увеличением начальных капитальных затрат по сравнению с обычными системами,
использующими традиционные отопительные теплогенераторы. Однако в течение
короткого периода эксплуатации этих систем суммарные затраты на владение
снижаются примерно в 3-5 раз и продолжают дальнейшее снижение с течением
времени;

—
использование тепловых насосов взамен сжигания традиционных энергоносителей
позволяет существенно уменьшить эмиссию углекислого газа, угарного газа и
окислов азота в окружающую атмосферу;

— в
качестве среды в цикле теплового насоса могут быть использованы воздух, вода
или земля. Выбор этой среды делается на основе технико-экономического расчёта и
возможности полноценного использования данной среды;

—
наиболее экономически эффективными следует считать тепловые насосы, в которых
источником энергии служит грунт, который на определённой глубине имеет
практически почти постоянную температуру в течение всего года;

—
затраты на теплоснабжение дома с помощью теплонасосных установок ненамного выше
затрат на теплоснабжение с использованием газового топлива. И важным фактором в
оценке экономической эффективности также является возможность холодоснабжения
дома в теплый период года.

Фрагмент текста работы:

1 Обзор
литературных источников Котлы
на биомассе – это альтернатива газовым котлам, работающим на древесном
топливе. Они сжигают топливо из биомассы (древесная щепа, бревна,
древесные гранулы) и лучше всего работают при средних и больших тепловых
нагрузках. Это отличный вариант, если у вас есть большое пространство для
согрева, например, бизнес или большой загородный дом.

Котлы,
работающие на биомассе, также могут обогревать несколько домов, соединенных
трубопроводной сетью. Это называется тепловой сетью, где несколько домов
отапливаются одним и тем же котлом. Таким образом, система
централизованного теплоснабжения поставляет тепло в дома, поэтому счета
выставляются на основе использованного тепла, а не сожженного
топлива. Системы на биомассе автоматизированы, но вам нужна большая сухая
площадка для хранения топлива (рис. 1.1) [1]. Рисунок
1.1 – Древесная стружка Древесные
гранулы обладают высокой плотностью энергии, поэтому им требуется меньше места
для хранения. Но они могут быть дороже. Они также часто импортируются
из-за границы, поэтому стоит уточнить у местного поставщика как страну
происхождения, так и надежность доставки. Бревна гораздо дешевле покупать
и широко доступны, но требуют ручной обработки. Таким образом, выбор котла
и сырья зависит от вашего помещения для доставки и хранения древесного топлива,
а также от того, насколько механизированной вы хотите систему.

Тепловые насосы работают, отбирая тепло извне — из
воздуха или земли — для обогрева дома и горячей воды. Они работают при
более низкой