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/(кгС),

,– 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: сp.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 tн = -9С; 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 oб. = 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  по формуле:







Далее, пользуясь формулой для регулирования отопительной нагрузки:



 (30)





где:  – 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)



.

Произведение KF, характеризующее конструкцию и размеры теплообменного аппарата равно:



,		 (34)



 Вт/С,

(т.е. например при К = 1000 Вт/(м2С), 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 п температура наружного воздуха tн.п определяется так:



 С,			 (37)



.

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



Таблица 1. Климатологические данные годового потребления тепла

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

Повторяемость температур наружного воздуха, °С

Кол-во часов

Σ

– 50 и ниже

–

–

– 49,9 ÷ – 45

–

–

– 44,9 ÷ – 40

–

–

– 39,9 ÷ – 35

–

–

– 34,9 ÷ – 30

–

–

– 29,0 ÷ – 25

5

–

– 24,9: -20

36

41

-19,9: -15

135

176

-14,9: -10

310

486

-9,9: -5

630

1116

– 4,9: -0

1156

2272

+0,1: +5

1186

3458

+5,1: +8

694

4132

Всего часов

4152

–




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() 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 32,2С, в расчетный период в системе с пиковой котельной tс = 40,6С, в системе с ТНУ – 61,8 С.




Список использованной литературы



		Методические указания «Геотермальные установки».

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

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