Геотермальные установки

Введение

В данной расчетно-графической работе рассматриваются и проектируются геотермальные установки, а так же системы отопления работающие на геотермальных источниках теплоснабжения.

Исходными данными для варианта 17 являются следующие данные:

На расчет коэффициента эффективности для различных систем геотермального теплоснабжения:

Температура геотермальной воды                                                100

Температура геотермального теплоносителя                             140

Температура обратной воды после отопления                    75

Температура наружного воздуха                               -9

Продолжительность отопительного сезона                     167

Месторождение пластового типа, пласт полуограниченный 4,9

Расчетная нагрузка на отопление                                  1,04

Расчетная нагрузка на горячее водоснабжение           0,58

Подбор отопительных приборов и построение графиков геотермального систем отопления:

Расчетная мощность прибора                                           1980

Расчетная температура горячей воды                                  76

Расчетная температура обратной воды                               31

Расчетная температура внутреннего воздуха в помещении         19

На расчет комплексной системы геотермального теплоснабжения:

Температура геотермальной воды                                                100

Температура водопроводной воды                                             10

Температура обратной воды после отопления                    60

Температура наружного воздуха                                        -22

Расчетный дебит геотермальной воды                                      167

Расчетный среднесуточный расход горячей воды                 103

Расчетная начальная температура нагреваемой воды      72

Расчетная температура внутреннего воздуха в помещении         18

1. Расчет коэффициента эффективности для различных систем геотермального теплоснабжения

А. Открытая двухтрубная геотермальная система теплоснабжения с присоединением систем ГВ к подающему трубопроводу (т.е. параллельная подача геотермального теплоносителя на отопление и горячее водоснабжение).

1. Удельный расход геотермальной воды, приходящей на 1 МВт расчетной тепловой нагрузки, определяется по формуле:

,                (1)

где: , – расчетные нагрузки отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, Вт;

с – удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг×°С),

,– расчетные перепады температур теплоносителя в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, °С,

 – удельный расход геотермальной воды, приходящейся на единицу расчетной тепловой нагрузки объекта, кг / Дж.

 кг/с.

2. Доля расчетного дебита геотермальной воды, расходуемой на отопление, определяется по формуле:

   (2)

.

То же, на горячее водоснабжение получим из формулы:

,                                      (3)

Норм.

3. Степень относительного использования максимума нагрузки

– на отопление:

,                                          (4)

где: jсp.от. – среднеотопительный коэффициент отпуска теплоты, определяемый по формуле:

,                                          (5)

где:  – температура воздуха в обслуживаемых помещениях, °С;

 – расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления или вентиляции, °С;

t, tн.ср. – средняя за период работы систем отопления или вентиляции температура наружного воздуха, °С (см. СНиП [4]).

Пусть , тогда ,

– на горячее водоснабжение:

,                                           (6)

.

4. Коэффициент использования скважины определяется по формулам таблицы 1. [1]

– для отопления:

                  (7)

,

– для горячего водоснабжения:

,                               (8)

5. Средневзвешенная величина коэффициента использования скважины определяется следующим образом:

,                           (9)

.

6. Степень относительного увеличения расчетного дебита скважины в целом для объекта определяется при известном  для полуограниченного пласта с  по рис. 1 [1] – .

7. Степень относительного срабатывания температурного перепада определяется по формулам, :

– на отопление:

,                                                       (10)

.

– на горячее водоснабжение .

8. Коэффициент эффективности геотермального теплоснабжения для данной схемы определяется следующим образом:

,                      (11)

.

Б. Зависимая система отопления с пиковым догревом геотермального теплоносителя:

1. :

,                        (12)

 кг/с,

2.                                      (13)

.

3. Коэффициент отпуска теплоты, соответствующий моменту отключения пикового догрева, определяется следующим образом:

,                                     (14)

4. Пусть коэффициент отпуска теплоты, соответствующий моменту окончания отопительного сезона .

5. Ориентировочная продолжительность работы пикового догрева Тп (сут.) определяем по формуле:

,                              (15)

где: А и В-эмпирические коэффициенты (графикам рис. 15 и 16 из приложения [1]).

При t¢н = -9°С; А = 0,06; В = 0,55.

Тогда:

сут

6. Относительный коэффициент отпуска теплоты определяется следующим образом:

,                              (16)

7. Температура сбросной воды, соответствующая моменту отключения пикового догрева, приближенно определяется по формуле:

,                                       (17)

8. Коэффициент использования скважины при отоплении определяется по формуле:

,      (18)

9. Доля пикового догрева на отопление определяется по графикам рис. 2. [1]

                       (19)

и

dн = 0,05 (см. рис. 2 [1]).

10. Степень относительного срабатывания температурного перепада:

– для систем отопления:

,                                                     (20)

– для систем горячего водоснабжения:

11. Средневзвешенная величина коэффициента использования скважины определяется следующим образом:

,                                    (21)

12. По рис. 1 [1] определяем zoб. = 1,43.

13. Коэффициент эффективности геотермального теплоснабжения объекта равен:

,           (22)

.

2. Подбор отопительных приборов и построение графиков регулирования геотермальных систем отопления

геотермальный установка теплоснабжение отопительный

Ниже приведен пример расчета требуемого номинального теплового потока отопительного прибора геотермальной системы отопления, устанавливаемого в помещении.

1. Зададимся расчетной температурой обратной воды:

;

2. Определяем расчетную степень срабатывания теплового потенциала теплоносителя при заданных условиях следующим образом:

,                                      (23)

.

Поскольку  > 0,4, расчет следует вести по следующей формуле:

,                                       (24)

.

3. Определим расчетный расход теплоносителя через отопительный прибор:

 кг/с.

4. Выбираем тип отопительного прибора – конвектор КН-20 «Комфорт» (n=const = 0,35; p =const= 0,07) и по формуле (24) [1]:

где ,                                (25)

.

- берется из первого задания.

и вычисляем расчетный среднестепенной температурный напор:

°C             (26)

5. Определим значения  и :

,                                           (27)

;

,                                       (28)

.

6. Определим номинальный тепловой поток отопительного прибора, который необходимо установить в данном помещении:

,                                 (29)

 Вт.

Сопоставление полученного результата с паспортными данными на КН-20 показывает, что в данном случае для покрытия расчетных теплопотерь следует установить 3 прибора КН-20 – 2,9, имеющих длину оребренной части 1000 мм.

7. Для построения графика количественного регулирования отопительной нагрузки вначале определим величину c по формуле:

Далее, пользуясь формулой для регулирования отопительной нагрузки:

 (30)

где: j – коэффициент отпуска теплоты на отопление;

G и G¢ – текущий и расчетный расходы теплоносителя.

А также формулой, которая определяет текущую температуру обратной воды:

,                                               (31)

где:  – расчетные температуры горячей и обратной воды в тепловой сети, °С.

Построим графики расхода теплоносителя и температуры обратной воды системы отопления (см. рис. 1 и 2).

3. Расчет комплексной системы геотермального теплоснабжения

Определим основные технические показатели комплексной системы геотермального теплоснабжения, обеспечивающей отопление теплицы и горячее водоснабжение зданий, которые необходимы для технико-экономических расчетов.

1. Зададимся расчетной температурой водопроводной воды после теплообменного аппарата:

,                            (32)

2. Требуемый коэффициент эффективности теплообменного аппарата ГВ определим по формуле:

,                                              (33)

.

3.                Произведение KF, характеризующее конструкцию и размеры теплообменного аппарата равно:

,           (34)

 Вт/°С,

(т.е. например при К = 1000 Вт/(м2×°С), F = 1700 м2).

4. Установленная тепловая мощность пикового источника теплоты:

 МВт,                  (35)

 МВт.

5. Значение коэффициента отпуска теплоты, соответствующее включению (отключению) пикового догрева, определяется так:

,                              (36)

.

а соответствующая jп температура наружного воздуха tн.п определяется так:

 °С,                     (37)

.

6. В соответствии с данными климатологии продолжительность работы пикового догрева (при tн £ -3,3°С) составит 2272 часов » 95 сут.

Таблица 1. Климатологические данные годового потребления тепла

Для г. Таганрог (, tн.ср.=3, Т=167 сут)

Годовую выработку теплоты для пикового догрева можно установить, определив площадь, описанную графиком годовой выработки теплоты (рис. 1), которая в данном случае равна 13320 ГДж/год. При среднем КПД пиковой котельной 0,7 для выработки этого количества теплоты потребуется 2337 т у. т. В системе с теплонасосной установкой расход электроэнергии в ТНУ при среднем коэффициенте преобразования 3,5 составит Э = 13320/3,5 = 3806 ГДж/год.

Годовой расход геотермального теплоносителя можно определить, установив площадь, описанную графиком продолжительности расхода геотермального теплоносителя (см. рис. 2), который построен на основании графика регулирования Gт(j) по формуле (25) или (45) [1]:

В рассматриваемом случае годовой расход теплоносителя составляет 4,1 × 106 т/год.

График температуры сбросной геотермальной воды (необходимый для расчета пластовой циркуляционной системы), построенный по соответствующим зависимостям представлен на рис. 3. Температура сбросной воды в летний период эксплуатации равна 32,2°С, в расчетный период в системе с пиковой котельной t¢с = 40,6°С, в системе с ТНУ – 61,8 °С.

Список использованной литературы

1.     Методические указания «Геотермальные установки».

2.     СНиП 23–01–99 Строительная климатология. – М.: Госстрой РФ, 2000. – 68 с.

3.     СНиП 41–01–2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. – М.: Госстрой РФ, 2004. – 71 с.