Учет, контроль и регулирование энергоресурсов. Лекция 1-2

1.

Учет, контроль и регулирование
энергоресурсов
Сухоцкий Альберт Борисович

2.

Энергоресурсы, типы и характеристики.
Система энергоснабжения предприятия.

3.

Энергоресурсы это среды
аккумулирующие энергию
(химическую, тепловую,
гидравлическую).
Соответственно
энергоресурсы
разделить на три типа:
• горючие,
• тепловые,
• избыточного давления.
можно

4.

Выход энергоресурсов
Потенциал
горючих
энергоресурсов
характеризуется низшей теплотой сгорания
q
г
p
GQн .
тепловых перепадом энтальпий
q т G h G c1t1 c2t2 ,
Потенциал гидравлических энергоресурсов
характеризуется работой расширения
q
и
G R
G L G h G p1 p2 /
T1 T2
k 1

5.

Энергетическое хозяйство
предприятий

6.

Система энергоснабжения и потребители
энергии на предприятиях
Необходимые виды энергии и энергоносителей
могут
поставляться
предприятию
через
централизованное
энергоснабжение
или
собственное локальное энергоснабжение.

7.

На предприятиях имеются следующие системы
энергоснабжения:
• топливоснабжения,
• электроснабжения,
• теплоснабжения
• обеспечение сжатым воздухом,
• обеспечение технологической и питьевой водой.

8.

Основными потребителями
предприятии являются:
энергии
на
• технологические потребители,
• системы освещения;
• системы вентиляции и кондиционирования воздуха;
• системы отопления,
• горячее и холодное водоснабжение.

9.

Классификация систем теплоснабжения
Системой
теплоснабжения
называется
инженерно-технический
комплекс,
предназначенный для снабжения теплотой
требуемого качества и в требуемом количестве,
включающий в себя
• источник теплоты,
• тепловые сети,
• потребителей теплоты.

10.

Источники тепловой энергии:
тепловые (атомные) электрические станции
(тепловые (атомные) электрические централи);
котельные установки.
Котельные установки подразделяют в зависимости от
характера тепловых нагрузок на:
• отопительные, вырабатывающие теплоту для
систем отопления, вентиляции и горячего
водоснабжения;
• производственно-отопительные - для систем
отопления, вентиляции, ГВС и для технологических
целей;
• производственные - для технологических целей.
10

11.

Потребители теплоты.
Основными потребителями тепловой энергии
являются
промышленные
предприятия
и
жилищно-коммунальное хозяйство.
Для
большинства
производственных
потребителей требуется тепловая энергия в виде
пара или горячей воды.
В
жилищно-коммунальном
хозяйстве
основными потребителями теплоты являются
системы горячего водоснабжения (ГВС) и
отопления.

12.

Отопление это поддержание температуры
воздуха в помещении на заданном
комфортном уровне.
12

13.

виды систем отопления
В настоящее время применяют
следующие системы отопления:
системы водяного отопления
(центральные и местные),
системы воздушного отопления,
системы электрического
отопления,
системы газового отопления,
печное отопление.
13

14.

Классификация систем теплоснабжения
По источнику приготовления тепла:
централизованная у одного источника тепла
несколько потребителей,
децентрализованная у каждого источника
только один потребитель тепла.
По режиму потребления тепла:
сезонные (система отопления),
круглогодичные (система горячего
водоснабжения и технологические нужды).
14

15.

Достоинства централизованных систем
теплоснабжения:
экономия топлива за счет комбинированной
выработки тепловой и электрической энергии,
выравнивания графика нагрузки за счет множества
потребителей,
снижение капитальных затрат.
Недостатки:
существенные эксплуатационные затраты на
транспортировку теплоносителя,
невозможность использования местного
низкокачественного топлива,
сложность обеспечения комфортных условий для всех
потребителей..
15

16.

Классификация систем теплоснабжения
по числу теплопроводов
однотрубные,
многотрубные.
Самой простой и экономически
целесообразной для транспортировки теплоты
на большие расстояния является однотрубная
система теплоснабжения.
16

17.

В двухтрубной системе тепловая сеть состоит
из двух линий:
• подающей,
• обратной.
Трехтрубные системы находят применение в
промышленных системах теплоснабжения с
постоянным расходом воды, подаваемой на
технологические нужды.
Узлы присоединения потребителей к сети
называются абонентскими вводами или
тепловыми пунктами.

18.

Теплоносители
Теплоносителем называется движущаяся среда,
используемая для переноса тепловой энергии.

19.

Основные физические свойства энергоносителей:
• плотность ρ, кг/м3 (или удельный объём
= 1 / ρ, м3/кг);
• удельная массовая теплоёмкость с, Дж/(кг·К);
• коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·К);
• динамическая вязкость µ, Па·с (или
кинематическая вязкость ν = µ / ρ, м2/с).
Основные параметры энергоносителей:
• давление, Па;
• температура, С;
• расход, кг/с, м3/с.

20.

К теплоносителю предъявляют ряд требований:
• малые затраты на транспортировку (газ или
жидкость),
• низкая вязкость,
• минимальный объемный расход теплоносителя
(высокая объемная теплоемкость),
• высокий
коэффициенты
теплоотдачи
и
теплопроводности, высокая термическая и
химическая стойкость,
• слабая коррозионная активность,
• низкая расположенность к отложениям на
поверхностях теплообмена,
• дешевый, доступный и нетоксичный.

21.

В наибольшей мере этим требованиям отвечают
вода и водяной пар.
Однако с точки зрения специальных требований
в отдельных случаях могут использоваться:
• водные растворы этиленгликоля и
пропиленгликоля,
• воздух,
• минеральное масло,
• расплавы солей.

22.

В качестве теплоносителей в системах теплоснабжения
используются :
горячая вода с рабочим давлением до 2,5 МПа и
температурой до 200°С;
пар с рабочим давлением в пределах до 6,3 МПа и
температурой до 450 °С.
22

23.

Достоинства воды:
высокая плотность (ρ 1000 кг/м3);
высокая удельная массовая теплоёмкость,
(4,19
кДж/(кг·К));
высокий коэффициент теплоотдачи (при вынужденной
конвекции 3000–10 000 Вт/(м2·К),
возможность изменения температуры в широких
пределах,
меньшие тепловые потери при транспортировке,
безопасность.
Недостатки:
большой расход электрической энергии на перекачку.
23

24.

Достоинства водяного пара:
высокие коэффициенты теплоотдачи, достигающие
при плёночной конденсации 5 000–15 000 Вт/(м2·К);
высокую теплоту парообразования (2260 кДж/кг) ;
незначительные
гидравлические
потери
при
транспортировке по трубопроводам;
постоянство температуры конденсации при заданном
давлении, что упрощает поддержание стабильного
режима.
Недостатки:
значительное повышение давления с ростом
температуры насыщения,
существенная физическая опасность.

25.

В большинстве случаев в качестве теплоносителя
городских
систем
централизованного
теплоснабжения используется вода, а пар
применяется преимущественно в промышленных
системах
теплоснабжения
вместе
с
производственной нагрузкой.

26.

Способы регулирования систем
теплоснабжения
Регулированием теплопотребления называется
процесс изменения подаваемого количества
теплоты в соответствии с требованиями
конкретного потребителя.

27.

Количество теплоты отданное отопительными
приборами потребителю можно определить из
уравнения теплового баланса
Q Gот c tот t2
где G – расход теплоносителя, кг/с;
с – теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг С).

28.

Теплоотдача для всех отопительных приборов
системы отопления может быть описана
общим уравнением теплопередачи
Q k ta F ,
где Q – количество теплоты отданное отопительными
приборами потребителю, кВт; k – коэффициент
теплопередачи от сетевой воды к воздуху в помещениях,
Вт/(м2 К);
ta – среднелогарифмический по поверхности
отопительных приборов температурный напор, К;
F – площадь теплообмена всех отопительных приборов, м2.

29.

Среднелогарифмический температурный напор
tот tп t2 tп
t
a
tот tп
ln
t 2 tп
tот t2
,
tот tп
ln
t 2 tп
где tот, t2 – температура теплоносителя на входе и выходе из
системы отопления, С;
tп – температура воздуха в помещении определяемая нормативами,
С.

30.

Коэффициент теплопередачи k для отопительных
приборов определяется прежде всего режимом
свободной конвекции воздуха вокруг них,
практически не зависит от расхода теплоносителя
и поэтому величина примерно постоянная
k = 8–15 Вт/(м2 К).

31.

Температура теплоноситель на выходе из системы
отопления можно выразить путем математических
преобразования
kF
t2 tп tот tп exp
Gот c
Тогда получим новое уравнения тепловой мощности
для системы отопления
kF
Q tот tп Gот с
1 exp G c
от

32.

Как видно из уравнения тепловая нагрузка
системы отопления может регулироваться путем
изменения четырех параметров:
• температурой теплоносителя на входе в
систему отопления t1,
• расходом теплоносителя G,
• коэффициентом теплопередачи k
• площадью теплообмена отопительных
приборов F.

33.

Практически тепловая нагрузка системы отопления
в тепловых пунктах можно регулировать только
путем изменения температуры t1 (качественное
регулирование) и расхода G (количественное
регулирование).

34.

Типы регулирования теплоснабжения
применяют качественное и
количественное.
Качественное регулирование
достигается изменением
температуры теплоносителя.
Количественное регулирование
теплопередачи приборов
осуществляется изменением
количества теплоносителя.
34

35.

Тепловая мощность прямопропорциональна
изменению температуры, но зависит от расхода
более сложным образом
kF
qG Gот c
1
exp
G
c
от
max
qG
qGmax kF
qG, Вт/K
0
0
G, кг/с

36.

По месту осуществления может быть
центральным (на тепловой станции
или котельной),
групповое (в центральном тепловом
пункте)
местным (в индивидуальном
тепловом пункте),
индивидуальным (на отопительном
приборе).
36

37.

В городских водяных системах теплоснабжения
широко используется центральное качественное
регулирование, дополняемое на ЦТП или ИТП
качественно-количественным местным
регулированием.
Достоинство центрального качественного
регулирования стабильность гидравлического
режима тепловой сети, что облегчает наладку и
эксплуатацию сети.
Недостаток затраты энергии на перекачку
теплоносителя больше (расход все время постоянный и
максимальный), чем при количественном и
качественно-количественном методах.

38.

Задача центрального качественного регулирования
состоит в поддержании температуры сетевой воды в
подающей и обратной линиях тепловой сети в
зависимости от температуры наружного воздуха.
При этом для создания комфортных условий внутри
отапливаемых помещений целесообразно осуществлять
местное качественно-количественное регулирование по
эквивалентной
наружной
температуре,
которая
учитывает влияние на тепловые потери здания
• скорость и направление ветра,
• влажность воздуха,
• интенсивности солнечной радиации.

39.

температурные графики
Температурный график тепловой сети составляют в
зависимости от температуры наружного воздуха
39

40.

В первом приближении зависимость температуры
сетевой воды в подающем трубопроводе от температуры
наружного воздуха имеет вид:
tп tн р
t1 tп
t tп .
р 1
tп tн

41.

Верхний предел расхода теплоносителя определяется
гидравлическими потерями напора при транспортировке
теплоносителя (оптимальная скорость теплоносителя
составляет 1–3 м/с).
Нижний предел расхода зависит от гидравлической
устойчивости сети.
Верхний предел температуры сетевой воды в
подающей линии тепловой сети определяется условием
невскипания жидкости и зависит от давления в ней.
Нижний предел температуры определяется условием
комфортности горячего водоснабжения и равен 60–70°С.

42.

Температурные графики тепловой сети
120
р
t1
100
р
t2
80
изл
t1
60
изл
t2
40
5
0
изл
tн -5
-10
-15
-20
р
tн

43.

При температурах окружающей среды меньше
температуры точки излома без количественного
регулирования теплоносителя в системе отопления
возникают перетопы, т.е. перерасход энергоресурсов.

44.

Количество теплоты Q, поступающей из тепловой
сети на отопление может быть представлено уравнением:
Qот G1 сp (t1 t2) .
Поскольку теплопотери здания прямо пропорциональны
текущей разнице температур внутреннего и наружного
воздуха, то относительный расход теплоты на отопление
равен
Qот tп tн
р
р
Qот tп tн

45.

Распределение давления
теплоносителя в тепловой сети
Технологическая
схема
подключения
абонента
теплопотребления выбирается, прежде всего, исходя из
гидравлических (динамических и статических) параметров
теплоносителя в трубопроводах тепловой сети.
Динамический режим характеризуют движением
теплоносителя за счет разности давления, создаваемого
сетевыми насосами, а статический – отсутствием
движения.
45

46.

F
F
B
B
O
S
2
3
S
4
1
O
В тепловых сетях есть точки (называются нейтральными) в
которых
автоматически
подпиточным
устройством
поддерживается постоянное давление как при статическом, так и
при динамическом режимах.

47.

В разветвленных тепловых сетях закрепление нейтральной
точки на одной из магистралей не обеспечивает необходимой
устойчивости гидравлического режима, поэтому закрепление
нейтральной точки делают на перемычке у сетевого насоса.
S
2
3
O
S
5
4
O
6
1

48.

При сложном рельефе местности с большой разностью
геодезических отметок или в случае присоединения группы
зданий повышенной этажности возможно создание две и
более нейтральных точек.
S1 O1
S
2
3
S1
O
S
5
4
O
6
8
1
7
O1
10
9