1. Описание систем теплоснабжения исследуемых помещений

Управление образования Чашникского районного исполнительного комитета
Исследовательская работа
АНАЛИЗ СИСТЕМЫ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
ШКОЛЫ
Деревяго Евгений, Садовская Диана
ученики 10 класса
Руководитель: Сушкова А.В.,
заместитель директора по УР
База внедренческой работы:
УО «Государственная общеобразовательная
средняя школа №1 г. Чашники»,
211149 Витебская обл., г. Чашники, ул. Советская,7
тел: 8(02933) 4-11-69
Е-mail: Pervaja@tut.by
2010/2011
СОДЕРЖАНИЕ
Актуальность выбранной темы…………………………………………………..2
Цель и задачи работы……………………………………………………………..2
1. Описание систем теплоснабжения исследуемых помещений………………..4
2. Расчёт необходимой тепловой мощности системы теплоснабжения………3
2.1 Расчёт сопротивлений теплопередаче ограждений
2.2 Расчёт теплопотерь помещений
2.3 Расчёт теплопоступлений в помещения
2.4 Расчёт количества секций нагревательных приборов
3. Финансовый анализ энергосберегающих мероприятий…………………….7
4. Расчет экономичности установки стальных радиаторов РСВ1……………...8
5. Заключение…………………………………..………………………………...10
6. Приложение……………………………………………………………………11
Список литературы
2
Актуальность постановки вопроса
Энергосбережение - это совокупность трех основных видов мероприятий:
1)
мониторинг
потребления
энергоресурсов;
2)
регулирование
расхода
теплоносителя, электроэнергии и воды; 3) повышение мотивации участников.
Рынок давно переполнен огромным числом утеплителей, систем вентиляции и
регулирования. Однако это не всегда способствует
сокращению потребления
энергоресурсов. Все потому, что не задействован самый главный элемент системы
энергосбережения - мотивация! Только использование всех трех элементов
одновременно дает эффект. Для того чтобы достучаться остается только одно
действенное
средство
-
ПРОСВЕЩЕНИЕ.
Поэтому главная мысль данной работы: продемонстрировать простое решение
сокращения потребления тепла.
Цель:
разработка организационных и
технических мероприятий по
энергосбережению в системе теплоснабжения и их финансовая оценка.
Задачи:
- привлечь учащихся школы к деятельности по сокращению теплопотерь;
- выработать правильное энергосберегающее мировоззрение у учащихся;
- провести исследовательские замеры, мониторинг и анализ результатов работы;
- распространить информацию о результатах работы.
Объект исследования: система теплоснабжения классных кабинетов школы.
Гипотеза исследования:
Основным энергосберегающим предложением является демонтаж лишних секций
отопительных приборов.
Методы проведения исследований.
В работе использовался стационарный метод, основными приемами которого
являются:
- оценка состояния;
- вычисление;
- описание.
3
1. ОПИСАНИЕ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ИССЛЕДУЕМЫХ
ПОМЕЩЕНИЙ
Объектом теплоэнергетического исследования являются учебные классы школы.
Корпус школы представляет собой трехэтажное здание. Окна исследуемых
помещений выходят на северную и на южную стороны. Стены корпуса
кирпичные, перегородки также кирпичные. Исследование проводилось в кабинете
истории, кабинете русского языка и литературы и кабинете начальных классов.
Кабинет начальных классов находится с северной стороны здания и имеет
два окна. Под каждым из окон расположен чугунный радиатор типа МС-140-108 с
девятью секциями. Температура в помещении превышает вышеприведенную
норму.
Кабинет истории имеет два окна, выходящих на северную сторону. Под
каждым окном расположен девятисекционный чугунный радиатор марки МС-140108. Температура в помещении превышает санитарно-гигиенические нормы.
Три окна кабинета русского языка и литературы выходят на южную
сторону. Под каждым из окон расположен десятисекционный чугунный радиатор
марки МС-140-108. Температура в помещении выше 180С.
Для проведения энергоаудита визуального осмотра помещений недостаточно,
поэтому нужно произвести замеры некоторых параметров.
Используем следующие измерительные приборы:
-
измерительная рулетка;
-
термометр.
№
п/п
Название
помещения
1
Кабинет
начальных классов
Кабинет истории
7,05
Кабинет русского 10,93
языка
и
литературы
2
3
Размер помещений
Объём
Длина а, Ширина b, Высота h, помещен
ия V, м3
м
м
м
6,90
6,0
3,40
140,76
6,0
5,97
3,40
3,40
143,82
221,85
4
2.РАСЧЁТ НЕОБХОДИМОЙ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
2.1 Расчёт сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций
Теплозащитные качества ограждения характеризуют величиной сопротивления
теплопередаче R0, которая численно равна падению температуры в градусах при
прохождении теплового потока, равного 1 Вт, через 1 м2 ограждения.
Сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности:
1
 0,115 , где  B – коэффициент теплоотдачи внутренней
 B 8,7
поверхности ограждающей конструкции; для стен, полов, гладких потолков
 B  8,7 Вт м 2  К .
Сопротивление
теплоотдаче
наружной
1
1

 0,043 , где  H – коэффициент теплоотдачи наружной
поверхности: RH 
 H 23
поверхности
ограждающей
конструкции,
для
наружных
стен
2
 H  23 Вт м  К .
RB 
1



Сопротивление ограждающей конструкции RK определяем как сумму
сопротивлений отдельных слоёв:
RK  R1  R2  ...  Rn ,
Сопротивление отдельного слоя определяем по формуле:
R

, где  – толщина слоя, м;  – коэффициент теплопроводности

материала слоя, Вт/(м·К).
Для наружной стены отдельные слои составляют: кладка из кирпича
обыкновенного общей толщиной 0,51 м, слой штукатурки из цементно-песчаного
раствора толщиной 0,02 м. Коэффициенты теплопроводности λ данных
материалов : кирпич – 0,81 Вт/(м·К), цементно-песчаная штукатурка – 0,93
Вт/(м·К).
Таким образом, термическое сопротивление наружной стены:
RКНС 
0,51 0,02

 0,65 м 2  К Вт .
0,81 0,93
Общее сопротивление теплопередаче определяем по формуле:
R0  RB  RK  RH , гдеRВ – сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности,
м2·К/Вт; RН – сопротивление теплоотдаче наружной поверхности, м2·К/Вт; RК –
термическое сопротивление ограждающей конструкции, м2·К/Вт.
5
R0НС  0,115  0,65  0,043  0,808 м 2  К Вт .
Для определения требуемого сопротивления теплопередаче расчётная
температура внутреннего воздуха tB=18 єС, наружного воздуха tН= -24 0С.
Нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха
и температурой внутренней ограждающей конструкции для наружных стен
H
общественных зданий t  7 º С . Коэффициент, учитывающий положение
наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному
воздуху для наружных стен и покрытий n=1. Требуемое сопротивление
n  t B  t H 
тр
теплопередаче определяем по формуле: R0 
, где n – коэффициент,
t H   B
учитывающий положение наружной поверхности ограждающих конструкций по
отношению к наружному воздуху; tB – расчётная температура внутреннего
воздуха, принимаем равной 18 єС ;
tН – расчётная зимняя температура наружного воздуха, принимаем равной для
Сум -24 єС ;
t H – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего
воздуха и температурой внутренней ограждающей конструкции, равный для
наружных стен общественных зданий 7 єС;  В – коэффициент теплоотдачи
внутренней поверхности ограждающей конструкции, принятый ранее равным 8,7
Вт/(м2·К).
1  18   24
 0,689 м 2  К Вт .
7  8,7
Так как требуемое сопротивление теплопередаче меньше общего сопротивления,
то для дальнейших расчётов принимаем R0=0,808 м2·К/Вт.
2.2 Расчёт теплопотерь помещений
НС
2
Сопротивление наружной стены без учёта окна R0  0,808 м  К Вт , а для окна
R0тр 
принимаем
R0Пт  0,42 м 2  К Вт . Общие теплопотери рассчитываются по
формуле Qпот  Qогр  Qи , где Qогр – потери теплоты помещения через
ограждающие конструкции, QИ - затраты теплоты для для нагревания воздуха
Расчётная температура внутреннего воздуха tB=18 єС, наружного воздуха tН
= -24 єС. Для наружных стен и покрытий коэффициент n=1. Площади
ограждающих конструкций мы определили. Для кабинетов истории и начальных
классов учитываем добавочные теплопотери на ориентацию по отношению к
сторонам света, в данном случае на северную β=0,1.
Потери теплоты помещений через ограждающие конструкции рассчитываем
по формуле:
F
Qогр 
 t B  t Н   1      n , F – расчётная площадь ограждающей
R0
конструкции, м2; R0 – сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции,
6
м2·К/Вт; tB – расчётная температура воздуха, 0С; tН – расчётная температура
наружного воздуха, 0С;
n – коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности
ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху; β – добавочные
потери теплоты в долях от основных потерь.
Затраты теплоты для QИ для нагревания воздуха рассчитываем по формуле
:
QИ  0,28 GИ  c  (t В  t HБ )  k , где  G И
– расход
ограждающие конструкции помещения, принимаем
G
И
воздуха
через
 1 м 3 ч на 1 м2
Б
площади окна; с – удельная теплоёмкость воздуха, равная 1 кДж/(кг·0С); tB, t Н –
расчётные температуры воздуха в помещении и наружного воздуха в холодный
период года, 0С; k – коэффициент, учитывающий влияние встречного теплового
потока в конструкциях, для стыков панелей стен, для окон равный 0,7 .
Подсчитанные для каждого помещения расходы теплоты на нагревание
воздуха добавляем к теплопотерям этих помещений.
Температур
НС
а
в Qогр ,
Помещение
помещении Вт
tB, 0С
Кабинет начальных
1018,0
классов
5
Кабинет истории
1018,0
18
5
Кабинет русского
1744,2
языка и литературы
3
Ок
Qогр
, Qи ,
Q
пот
,
Вт
Вт
Вт
880
87,75 1985,8
880
87,75 1985,8
1320
151,5
3215,78
5
2.3 Расчёт теплопоступлений в помещения
Теплопоступления в виде тепловых тепловыделений рассчитываем по формуле
Qбыт  21  FП , где FП – площадь пола данного отапливаемого помещения, м2.
Явные
теплопоступления
–
по
формуле
Qчел   И   ОД  2,5  10,3  v B  35  t П  , гдеβИ – коэффициент, учитывающий


интенсивность выполняемой человеком работы, принимаемый для лёгкой работы
равным 1; βОД – коэффициент, учитывающий теплозащитные свойства одежды и
равный для обычной одежды – 0,66 ; νВ – подвижность воздуха в помещении,
равный 0,13 м/с. ; tП – температура помещения, 0С.
Теплопоступления при искусственном освещении по формуле Qэл  k  N эл , где k
– коэффициент для электрических светильников равный k=0,95 ; Nэл – суммарная
мощность осветительных приборов.
Общие теплопоступления рассчитываем по формуле  Qпост  Qбыт  Qэл  Qчел , а
7
тепловую мощность системы отопления – по формуле QC.O.   Qпот  Qпост .
Температу
ра
в Qбыт ,
помещени Вт
и tB, 0С
Помещение
Кабинет
начальных
классов
Кабинет истории 18
Кабинет
русского языка и
литературы
Qчел ,
Qэл ,
Q
Вт
Вт
Вт
Вт
875,7
69,72
228
1173,42
812,38
875,7
69,72
228
1173,42
812,38
1370,29 69,72
342
1782,01
1433,7
7
пост
,
Qс.о. ,
2.4 Расчёт количества секций нагревательных приборов
Рассчитываем плотность теплового потока отопительного прибора по формуле
q пр
 t ср
 q ном  
 70




1 n
p
 Gпр 
  c пр , где q ном – номинальная плотность теплового
 

0
,
1


потока отопительного прибора, равная для чугунных радиаторов типа МС-140ст
108 758 Вт/м2. Средний температурный напор t ср  70º С , расход воды в
ст
приборе составляет Gпр  0,1 кг с ,
атмосферное давление рб=1013,3 гПа;
t ср =28 0С; Gпр – действительный расход воды в отопительном приборе, равный
0,009 кг/с ; показатели n=0,3, р=0,02; спр – коэффициент, равный 1,039
1 0, 3
 28 
qпр  758   
 70 
Площадь
Fp 
 0,009 


 0,1 
отопительного
Q потр  0,9  Q тр
q пр
0, 02
1,039  226,56 Вт м 2 .
прибора
рассчитываем
по
формуле
 1   2
, где Qпотр= Qпот- Qпоcт
, Вт; Qтр 10% от Qпотр; β1 –
коэффициент учёта дополнительного теплового потока устанавливаемых
отопительных приборов за счёт округления сверх расчётной величины; β2=1,02.
Np 
Fp   4
f1   3 , β –
Количество секций чугунных радиаторов определяем по формуле
4
коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении,
принимаем при открытой установке равный 1,0 ; β3 – коэффициент, учитывающий
8
Помещение
Температура
в помещении β1
tB, 0С
Кабинет
начальных
классов
Кабинет истории
18
Кабинет русского языка
и литературы
Fр,
м2
Nр,
шт.
1,13 3,76
16
1,13 3,76
16
1,08 6,3
26
Количе
ство
устано
вленны
Лишне
х
есекций
число
секций
n, шт.
Δn, шт.
число секций в одном радиаторе, принимаем равный 1,0 , площадь поверхности
нагрева одной секции f1=0,244 м2.
18
2
18
2
30
4
3. ФИНАНСОВЫЙ АНАЛИЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ
Определяем действительную площадь отопительного прибора в помещениях при
Np 
Fp   4
f1   3 в
установленном числе секций, преобразовывая формулу:
N p   3  f1
Fp 
, где Nр – количество установленных секций радиаторов,
4
принимаем по результатам проведения первого этапа исследования; f1=0,244 м2 ;
β3=1,0 ; β4 =1,0.
Для подсчёта фактических теплопотерь помещений QФ, кВт, помещений
Fp  qпр  10 3
применяем формулу: QФ 
, где qпр=226,56 Вт/м2; β2, β2в таблице
0,91  1   2
Нормированные теплопотери QН=QС.О принимаем по расчетам..
Определяем величину расхождения теплопотерь ΔQ: Q  QФ  QН . Эту
величину можно выразить в денежном эквиваленте по формуле: S  4368  Q   ,
где 4368 – число часов отопительного сезона, с учётом, что он начинается 15
октября и заканчивается 15 апреля, то есть 182 суток по 24 ч в сутки; α –
стоимость 1 кВт·ч, α =301 руб/кВт·ч.(для школы)
9
1
2
3
Кабинет начальных 4,39
классов
Кабинет истории
4,39
Кабинет русского 7,32
языка и литературы
Фактические
теплопотери QФ,
кВт
Нормированные
теплопотери QН,
кВт
Расхождение
теплопотерь ΔQ,
кВт
Денежный
эквивалент
рассогласования
теплопотерь
S,руб.
Помещение
Площадь
отопительного
прибора Fр, м2
№
п/п
0,949 0,812
0,137
180123
0,949 0,812
0,137
180123
1,654 0,143
1,5
1972152
Зная фактическое n и необходимое n΄, рассчитаем Δn число секций радиаторов,
превышающих необходимое: n  n  n
Фактическое число секций радиаторов получаем в результате первоначального
этапа энергоаудита, а необходимое- из расчетов. Затрат на демонтаж лишних
секций в школе не будет, т.к. данные работы выполняют работники хозгрупп.
ВЫВОД: При демонтаже 8 секций чугунных радиаторов только в трех
выбранных учебных кабинетах за один отопительный сезон школа может
сэкономить до 2 332 398 рублей. А если рассчитать по всем 30 кабинетам
школы?
10
4.
РАСЧЕТ
ЭКОНОМИЧНОСТИ
УСТАНОВКИ
СТАЛЬНЫХ
РАДИАТОРОВ РСВ1 Располагая величиной
, можно определить расчетную
плотность теплового потока отопительного прибора
, Вт/м2, для условий
работы, отличных от стандартных, по формулам:
где
– номинальная плотность теплового потока стальных панелей при
стандартных условиях работы, равная710 Вт/м2 ,
– температурный напор,
равный разности полусуммы температур теплоносителя на входе и выходе
отопительного
прибора
и
температуры
воздуха
помещения
=0,5*(53+39)-18=28 0С
,
– действительный расход воды в отопительном приборе, кг/с,
;
— суммарная теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения
стояков, подводок, к которым непосредственно присоединен прибор
(коэффициент 0,9 учитывает долю теплового потока от теплопроводов, полезную
для
поддержания
температуры
воздуха
в
помещении)
,
=0,9\1,113\14=0,06 кг\с,
, p=0,12 и n=0,25 экспериментальные значения показателей степени (табличные
данные);
=1,113 коэффициент, учитывающий схему присоединения
отопительного прибора и изменения показателя степени p в различных
диапазонах расхода теплоносителя(сверху вниз, табличные данные)
10, 25
 28 
qпр  710   
 70 
 0,006 


0
,
1


0,12
 1,113  179,4 Вт м 2
Расчетная площадь , м2, отопительного прибора независимо от вида
теплоносителя рассчитывается
, где Qпотр= Qпот- Qпоcт , Вт; Qтр 10% от Qпотр; β1 и β2–
коэффициент учёта дополнительного теплового потока устанавливаемых
отопительных приборов за счёт округления сверх расчётной величины.
Np 
Fp   4
f1   3 , β –
Количество секций чугунных радиаторов определяем по формуле
4
коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении,
11
принимаем при равный 1,0 ; β3 – коэффициент, учитывающий число секций в
одном радиаторе, принимаем равный 1,0 , площадь поверхности нагрева одной
секции f1=0,71 м2.
Кабинет
Qпотр,
ВТ
Температура Температура Температура
в
носителя на носителя на
помещении входе, 0С
выходе, 0С
tB, 0С
Кабинет
18
начальных 1985,8
классов
Кабинет
1985,8
истории
Кабинет
русского
3215,78
языка
и
литературы
Поправоч  Qпот ,
ные
Вт
коэффиц
иенты
β1
Β2
53
Q
пост
,
Вт
39
Теплова
я
мощнос
ть
системы
отопления,
Температурный
напор,
0С
Расход
теплоносителя,
G кг\с
28
0,06
Расчетная
плотность
теплового
потока
прибора,
g ном,
Вт/м2
179,4
Расчетн
ая
площадь
прибора
?
Fр, м2
Поправочн
ые
коэффициен
-ты
Β3
Β4
Расчетн
ое число
секций,
Nр,
шт.
4,8
1
7
Qс.о. ,
Вт
1,0
4
1,0
4
1985,8
1985,8
3215,78
1173,4
2
1173,4
2
1782,0
1
812,38
812,38
1433,77
1
4,8
7
8,4
12
Получили, что на 3 исследуемых класса необходимо приобрести 32 секций
стальных радиаторов. Не секрет, что стальные радиаторы отопления получили
свое признание и популяризацию во всем мире. Трубчатые радиаторы обладают
увеличенной теплоотдачей по сравнению с иными видами обогревательных
12
приборов, но и большей стоимостью.. Стальные
радиаторы обладают
незначительным объёмом, что позволяет устанавливать их в помещениях любого
вида без ухудшения производительности в полезной площади. Малый размер
стального трубчатого радиатора позволяет ему намного пропорциональнее
смотреться в помещении, чем другие радиаторы более значительных объемов.
Итак, 32 секции по 50000 рублей= 1600000 рублей.
Определяем величину расхождения теплопотерь при чугунном и стальном
радиаторе. Для подсчёта фактических теплопотерь помещений QФ, кВт,
помещений применяем формулу: QФ 
Fp  qпр  10 3
0,91  1   2
, где qпр=179,4 Вт/м2;β1, β2в
таблице
QФ,(чуг,
Fp
(чуг) ) кВт
Fp
(стальн)
16,2
18,5
3,8
QФ,(стальн Разница, Разница
), кВт
кВт
за
год,
руб
3,5
0,3
4368*301
*0,3=394
430
ВЫВОД: Приблизительно через
Окупаемост
ь
1600000:394
430
~4 года
4 года затраты на установку стальных
радиаторов окупятся, что в дальнейшем сможет экономить больше энергии. В год
в исследуемых нами только трех кабинетах стальные радиаторы могу
сэкономить более 1300 кВТ. Стальные радиаторы являются и экономичными, и
привлекательными с эстетической точки зрения. Для изготовления приборов
применяется низкоуглеродистая сталь с повышенной коррозионной стойкостью.
Стальная батарея весит гораздо меньше чугуна, металл тоньше, и поэтому прибор
нагревается гораздо быстрее. Хороши, в том числе, для низкотемпературных
систем отопления, которые дают дешевое и комфортное тепло.
13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения исследовательской работы были проведено энергетическое
обследование 3 учебных кабинетов школы.
На первом этапе была получена информация об исследуемом объекте:
измерены размеры помещений, измерена температура воздуха в кабинетах.
По результатам первого этапа был произведён расчёт фактических и
нормированных тепловых потерь, количество необходимых секций радиаторов.
Учитывая расхождение фактических и нормированных теплопотерь, определены
излишние затраты на использование тепловой энергии и их денежный эквивалент.
Финансовый анализ показал, что проведение энергосберегающих мероприятий
(демонтаж секций радиаторов) позволяет значительно сократить величину
денежных затрат на использование тепловой энергии в системе теплоснабжения
школы.
На третьем этапе был произведен расчет экономичности установки в
данных кабинетов стальных радиаторов.
14
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Р.В. Щекин, В.А. Березовский, В.А. Почанов. Расчёт систем центрального
отопления. – К.: В. ш., 1975.
2. Е. Г. Малявина. Теплопотери здания М:2007
3. Ржеганек Я., Яноуш А. Снижение теплопотерь в зданиях. Стройиздат: 1988
4. http://www.kolodec.ru/ot/teplopoteri.html
5. http://lerk.ru/art053.htm
6. http://www.teplodoma.com.ua/labriori/moi_statiy/rashet_teplopoter.htm
7. http://www.mir-klimata.com/archive/number08/article/article13/
8. http://www.best-lapin.narod.ru/biblioteka.html
15
Приложение
КОЭФФИЦИЕНТЫ УЧЕТА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ФАКТОРОВ,
ВЛИЯЮЩИХ НА ТЕПЛООТДАЧУ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Значения коэффициента β1,
учитывающего влияние шага
номенклатурного ряда приборов
Значения коэффициента β2,
учитывающего дополнительные
потери тепла приборами у
наружных ограждений
Значения коэффициента β3,
учитывающего
число секций
в радиаторе
Значения коэффициента β4,
учитывающего способ установки
прибора
1,04
Стальные
панельные
однорядные
радиаторы типа
РСВ1
1,04
1,02
1,01
1
1
1
1
Чугунные
радиаторы МС140-108 и МС140-98
16