Исследование систем отопления и горячего водоснабжения с целью выявления оптимальных значений температур в тепловой сети

Коэффициент детерминации Р является одним из показателей качества модели. Для парной линейной регрессии он равен квадрату коэффициента корреляции, то есть Р = г2ху = (0,994)2 = 0,9882 (рис. 4, 5). Коэффициент детерминации показывает, что в исследуемой ситуации 98,82% общей дисперсии величины концентрации ила после регенерации, объясняется воздействием вынуждающей силы электровибратора, в то время как на все остальные неучтенные факторы приходится лишь 1,18%.

Все возможные значения параметров регрессии, выходящие за пределы указанных интервалов, маловероятны.

График уравнения корреляции с 95% доверительным интервалом (рис. 6), полученный в системе Б(эа$-Ноэ 6.0, показывает высокое значение коэффициента множественной регрессии и коэффициента детерминации, близких к единице, что говорит о хорошем приближении линии регрессии к наблюдаемым данным и о возможном построении качественного прогноза с

Рис. 6. График уравнения регрессии с доверительным интервалом

Доверительные интервалы для параметров регрессии с заданной надежностью Y = 0,95, где Y - вероятность того, что построенный нами доверительный интервал покроет истинное значение параметра, принимают вид (рис. 5, Нижние 95% и Верхние 95%): 0,14333 < а < 0,16288;

' , ' (2) 0,11319 < Ь < 0,14090.

использованием уравнения регрессии (1).

Полученные результаты проведенного регрессионного анализа свидетельствует о том, что данные проведенного эксперимента хорошо согласуются с представлением их в виде линейной регрессионной модели.

Статья поступила 27.03.2015 г.

Библиографический список

1. Боровиков В. БТАТ^ТЮА. Искусство анализа данных 2. Кульков В.Н., Солопанов Е.Ю., Сосна В.М. Применение на компьютере. Для профессионалов. СПб.: Питер, 2001. механической регенерации синтетической загрузки в биоре-656 с. акторе // Вестник МГСУ. 2013. № 7. С. 131-139.

УДК 697.1

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ ВЫЯВЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ТЕМПЕРАТУР В ТЕПЛОВОЙ СЕТИ

Л

© Л.М. Манзарханова1

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Применен эксергетический метод для исследования термодинамического совершенства тепловых процессов в системах теплоснабжения. Сравниваются различные значения температур в тепловой сети с целью выявления наиболее энергоэффективного. Определены значения температур в тепловой сети в зависимости от температуры наружного воздуха, на основе которых построены соответствующие графики. Найдены значения суммарных затрат эксергии на отопление и горячее водоснабжение. Представлены результаты расчетов. Ключевые слова: тепловые сети; окружающая среда; эксергия; температурный график; теплоноситель.

1 Манзарханова Любовь Михайловна, аспирант, тел.: 89140062638, e-mail: l.manzarkhanova@mail.ru Manzarkhanova Lyubov, Postgraduate, tel.: 89140062638, e-mail: l.manzarkhanova@mail.ru

STUDY OF HEATING AND HOT WATER SUPPLY SYSTEMS FOR OPTIMAL TEMPERATURE VALUE IDENTIFICATION IN HEATING NETWORKS L.M. Manzarkhanova

Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

An exergy method is applied to study thermodynamic perfection of thermal processes in heat supply systems. Different temperature values in the heat supply systems are compared in order to identify the most energy efficient one. The correlations of temperature values in heat supply systems and ambient temperatures are detected and graphically represented. The values of total exergy consumption on heating and hot water supply are found. Calculation results are provided. Keywords: heating system; environment; exergy; temperature schedule; heating medium.

Для поиска возможных путей повышения эффективности использования тепловой энергии в системах теплоснабжения предлагается использовать эксерге-тический метод исследования.

Эксергетический метод базируется на первом и втором законах термодинамики, что позволяет оценить все энергопревращения и потери эксергии, возникающие в системах теплоснабжения.

Целью данной работы является проведение исследования систем отопления и горячего водоснабжения для выявления оптимальных значений температур в тепловой сети, при которых эти системы функционируют с наименьшими затратами эксергии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать методику анализа термодинамического совершенства систем отопления и горячего водоснабжения;

- провести исследование этих систем и определить оптимальные условия для их функционирования.

Обозначим основные этапы эксергетического исследования систем теплоснабжения, реализованные в данной работе:

- определение температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе тепловой сети и температуры воды в системе отопления с целью установления, при какой расчетной температуре воды в подающем трубопроводе тепловой сети возможно ее использование для нагрева воды для систем горячего водоснабжения;

- определение количества тепла и величины потерь эксергии в системах отопления зданий при изменении температуры наружного воздуха;

- расчет количества тепла и величины потерь эксергии в системе горячего водоснабжения;

- определение суммарных потерь эксергии в системах отопления и горячего водоснабжения;

- установление оптимального критерия минимальных затрат эксергии в системах отопления и горячего водоснабжения.

Итак, первый этап эксергетического исследования состоит в том, чтобы определить значения и изменения температуры в подающем трубопроводе тепловой сети t1 для различных температурных графиков (150 °С/70 °С; 130 °С/70 °С; 110 °С/70 °С; 95° С/70 °С; 70 °С/40 °С) при изменении температуры наружного воздуха. При качественном регулировании, значение этой температуры находим по [2]:

/ =

t = te + 0,5 •

t. - К. i„ -t...

t -1 Л

+0,5 • (t3 р +12 р + 2 • t.)(/+"

t2 t3

L -1,.

L -1,.

t. - L

u„ =

t! р -13 р t3 р - t2 р

где t - температура в подающем трубопроводе тепловой сети; i2 - температура в обратном трубопроводе тепловой сети; t3 - температура в подающем трубопроводе системы отопления; и - коэффициент смешения элеватора; tt - температура внутреннего воздуха, tB = 20°С; t - расчетная температура наружного воздуха; для г. Иркутска t =-33°С; n -

коэффициент, принимаемый равным 0,25 для наиболее распространенных типов конвективно-излучающих отопительных приборов.

В табл. 1 приведены значения температуры t1, найденные по формулам (1), (2), (3).

На рис. 1 показано изменение температур теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети t1 в зависимости от температуры наружного воздуха. Видно, что при определенных температурах окружающей среды, t1 < 55°С, следовательно, в этот временной интервал отопительного периода вода из холодного водопровода, с температурой 5° С, должна проходить две ступени нагрева. В первом подогревателе вода для системы горячего водоснабжения нагревается за счет теплоты, забираемой из тепловой сети, во втором нагрев воды осуществляется за счет дополнительной электрической энергии.

Таким образом, для того чтобы найти суммарные затраты эксергии на отопление и ГВС за год, год делится на три периода:

1. Отопительный период, когда температура в подающем трубопроводе тепловой сети выше 55°С. В этом случае суммируем значения Ет, ЕГВС, полученные по (5) и (6).

2. Отопительный период, когда температура в подающем трубопроводе тепловой сети ниже 55°С. В этом случае затраты эксергии на отопление Ет по

+

суммируем с затратами эксергии на ГВС по (6), подставляя в эту формулу, вместо ТГ, значение температуры в подающем трубопроводе тепловой сети, а также с затратами электрической энергии, необходимыми для догрева воды из холодного водопровода до требуемой температуры (55°С).

3. Летний период, когда затраты эксергии на отопление Ет = 0. Температура в подающем трубопроводе тепловой сети постоянная и равна 55°. Следовательно, потери эксергии для нагрева воды в этот период мы находим по (6) и (8).

Минимальные затраты эксергии на отопление и работу системы естественной вентиляции, приведенных на одного человека при температуре внутреннего воздуха 20 °С, Вт, находим по формуле [1]:

Таблица 1

Изменение значений температуры в подающем трубопроводе тепловой сети _в зависимости от температуры наружного воздуха_

Средняя температура наружного воздуха, (н.в.,°С Значения температур в подающем трубопроводе тепловой сети при температурных графиках

150°С/70 °С 130 °С/70°С 110°С/70°С 95°С/70°С 70°С/40°С

¿1 ¿1 ¿1 ¿1 ¿1

8 54,3 49,8 45,3 41,9 33,9

7 56,9 52,0 47,1 43,4 34,9

6 59,4 54,1 48,8 44,8 35,8

5 61,9 56,2 50,6 46,3 36,8

4 64,4 58,3 52,3 47,7 37,7

3 66,8 60,4 54,0 49,2 38,7

2 69,3 62,5 55,7 50,6 39,6

1 71,7 64,5 57,4 52,0 40,6

0 74,1 66,6 59,0 53,4 41,5

-1 76,5 68,6 60,7 54,8 42,4

-2 79,0 70,6 62,3 56,1 43,3

-3 81,3 72,7 64,0 57,5 44,3

-4 83,7 74,7 65,6 58,8 45,2

-5 86,1 76,7 67,2 60,2 46,1

-6 88,5 78,7 68,8 61,5 47,0

-7 90,8 80,6 70,4 62,8 47,9

-8 93,2 82,6 72,0 64,1 48,8

-9 95,5 84,6 73,6 65,4 49,6

-10 97,8 86,5 75,2 66,7 50,5

-11 100,2 88,5 76,8 68,0 51,4

-12 102,5 90,4 78,3 69,3 52,3

-13 104,8 92,4 79,9 70,6 53,1

-14 107,1 94,3 81,5 71,8 54,0

-15 109,4 96,2 83,0 73,1 54,9

-16 111,7 98,1 84,5 74,4 55,7

-17 114,0 100,0 86,1 75,6 56,6

353 353 Т Ет = 19,62 • И • (353 - —) + (1 —н) х

Т Ч Те У

х[4,66164(Т -ТИ) + 7,133(308-Тв)].

Примем расстояние от центра вытяжной решетки до устья вытяжной шахты к = 0.

Минимальные затраты эксергии на нагрев воды (в отопительный период) для системы горячего водоснабжения определим по формуле

Егвс = агьс •

Т Г

где, фГВС - минимальный расход тепла на горячее водоснабжение на 1 человека, Дж/с, ТГ - температура теплоносителя, К; Тн - температура наружного воздуха, К.

со

СП

го гп

0 ч

1

тз

ю СП

ю о

сл

160,0

140.0

ш

120,0

о ш

о ^

1= а

I-

5 100,0 о и о

с^ 1=

о Щ

£ 80,0

и

9 г:

ч:

О 60,0 а

40,0

20,0

0,0

150/70 130/70 110/70 9 Б/70 70/40

ннннннннннгмнмнмги^^митттп')

а

00

Расчетная температура наружного воздуха

СО сл К)

о

Рис. 1. График зависимости температуры в подающем трубопроводе от температуры наружного воздуха

Минимальный расход тепла на горячее водоснабжение по [3] на 1 человека, Дж/с, в отопительный период

1,2• т• СгВ • ОГв •

С учетом всех данных определим минимальную потребность в тепле на горячее водоснабжение, Дж/с: - в отопительный период

Qгвс

вгвс

1,2 • 4190 • 50 •

где т - количество жильцов; сгв = 4190 Дж/(кг*К) - теплоемкость воды; С"в - минимальный расход воды на одного человека, принимаем по [4] равным 50 л/сут; £:г - температура горячей воды, £:г = 55°С; ^ - температура холодной воды в отопительный период, принимаем равной 5°С, в летний период - 15°С; пс - продолжительность суток, с/сут.

86400 - в летний период

= 145Дж/с;

вгвс

1,2 • 4190 • 50 •

= 116Дж/с.

86400

Результаты расчетов сведены в табл. 2. Значения средней температуры наружного воздуха ¿н.в., °С, для г. Иркутска взяты из СП 131.13330.2012 «Строительная климатология».

Результаты расчетов суммарных затрат эксергии за год в системах отопления

и горячего водоснабжения

Таблица 2

Месяц Средняя температура наружного воздуха г. Иркутска, ^.в., °С Суммарные затраты эксергии на отопление и горячее водоснабжение за год в расчете на одного человека, МДж

150°С/70°С 130°С/70°С 110°С/70°С 95°С/70°С 70°С/40°С

Январь -18,5 235,1 225,6 215,1 206,8 190,1

Февраль -15,5 194,2 185,8 176,9 169,6 155,2

Март -7,0 162,0 154,0 144,6 138,4 124,0

Апрель 2,1 103,7 98,3 91,7 86,9 188,8

Май 9,8 42,8 77,6 112,3 133,1 188,2

Июнь 15,5 36,2 69,8 103,3 123,3 182,4

Июль 18,1 35,0 69,7 104,2 124,9 179,8

Август 15,5 37,4 72,2 106,8 127,5 182,4

Сентябрь 9,0 42,2 75,9 109,5 129,5 189,0

Октябрь 1,5 109,3 103,8 97,0 119,2 197,3

Ноябрь -7,9 162,1 154,5 145,5 138,7 170,2

Декабрь -15,9 219,0 190,6 199,1 191,0 174,6

Итого: 1379,0 1477,7 1606,0 1688,7 2121,9

Рис. 2. График изменения температуры в подающем трубопроводе в зависимости от температуры наружного воздуха в отопительный и летний период

п

с

Таким образом, результаты расчетов показывают, что наименьшие затраты эксергии для нагрева воды в системах теплоснабжения оказываются при температурном графике тепловой сети 150°С/70°С, а наибольшие при графике 70°С/40°С. Это объясняется тем, что в первом случае используется только тепловая энергия, которая находится как произведение количества необходимого тепла 0 на эксергетическую

Т

температурную функцию (1-—). Во втором случае

ТГ

наряду с тепловой энергией потребляется большое количество электрической энергии, которая является более ценной формой энергии. На рис. 2, отображена область температур под 1сопз! = 55°С, при которой

приходится догревать воду с помощью электрической энергии.

Эксергетический метод дает более полную и подробную информацию об использовании потоков энергии и ее превращениях. Применение этого метода в исследовании процессов в тепловых пунктах позволяет определить пути повышения эффективного использования тепла. Мы рассмотрели конкретные примеры температурных графиков, определили зависимость затрат эксергии в системах теплопотребления от температуры наружного воздуха и выявили наиболее энергоэффективные схемы нагрева воды.

Статья поступила 27.03.2015 г.

Библиографический список

1. Баймачев Е. Э.. Определение минимальных затрат эксергии на отопление и естественную вентиляцию жилых зданий // Известия вузов. Строительство. 2014. № 7. С. 67-73.

2. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: справочник / В.И. Манюк [и др.]/ 3-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат,1 988. 432 с.

3. СНиП 2.04.07.86* «Тепловые сети» [Электронный ресурс]. URL: http://www.rosteplo.ru/Npb_files/npb_shablon.php? id=722

4. Степанов В.С., Степанова Т. Б.. Эффективность использования энергии. Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1994. 257 с.

УДК 711.1

РАЗВИТИЕ ПРОЦЕССА СУБУРБАНИЗАЦИИ НА ПРИМЕРЕ БЕЛГОРОДСКОЙ АГЛОМЕРАЦИИ

© М.Е. Матвейшина1

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 308012, Россия, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.

Исследование посвящено зарождающемуся в России процессу субурбанизации на примере города Белгорода и его агломерации. Этот процесс является одним из этапов развития агломерации, что отчетливо прослеживается в истории крупнейших городов мира: Нью-Йорка, Лос-Анджелеса, Лондона, Парижа и др. В рамках данной статьи мы постарались определить границы развивающейся Белгородской агломерации, основные факторы, влияющие на формирование сети субурбанизированных поселений; особое внимание уделили социально-демографическим показателям и экологическому влиянию субурбии на городское ядро. Также затронут вопрос транспортной доступности рассматриваемых поселений по отношению к городскому центру. Полученные данные свидетельствуют о ряде проблем развития сети субурбанизированных поселений, решение которых станет возможным при помощи градостроительных методов.

Ключевые слова: Белгород; агломерация; субурбанизация; сеть субурбанизированных поселений (ССП); факторы формирования ССП; влияние ССП на развитие городского ядра и агломерации в целом.

SUBURBANIZATION DEVELOPMENT ON EXAMPLE OF THE BELGOROD CONURBATION M.E. Matveishina

Belgorod Shukhov State Technological University, 46 Kostyukov St., Belgorod, 308012, Russia.

The study treats incipient suburbanization in Russia on example of the city of Belgorod and its conurbation. This process is one of the stages of conurbation development that can be distinctly traced in the history of the largest metropolitan areas in the world: New-York, Los-Angeles, London, Paris and others. In this article the author tries to determine the boundaries of developing Belgorod conurbation and identify the main factors affecting the formation of the network of suburban settlements. The main emphasis is put on socio-demographic indicators and environmental impact of suburbs on the urban core. The issue of transport accessibility from the suburbs to the urban center is also given consideration. The data obtained demonstrate a number of problems in the development of the suburban settlement network, which can be solved by means of town-planning methods.

Keywords: Belgorod; conurbation; suburbanization; network of suburban settlements; formation factors of the network of suburban settlements; effect of the suburban settlement network on the development of urban core and entire conurbation.

1Матвейшина Мария Евгеньевна, аспирант, тел. 89102262936, e-mail: omanyashao@rambler.ru Matveishina Maria, Postgraduate, tel.: 89102262936, e-mail: omanyashao@rambler.ru