книги / Проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений
..pdfДля выработки электричества ветер используется и в современных ветровых турбинах: в виде отдельного агрегата, снабжающего электричеством ферму, или в виде сложных систем, питающих энергией электросистему. Самые маленькие турбины вырабатывают только 500 Вт, что достаточно для телевизора, а мощность самых больших составляет несколько мегаватт, чего хватит для небольшого города. В сложных системах называемых ветряными фермами обычно используются турбины мощностью около 300 кВт, установленные на высоте до 50 м.
Ветровые установки получают распространение в холодных, жарких и засушливых местностях как на суше, так и в море.
Существуют и развиваются также и гибридные энергетические проекты, например, связывающие солнечную и ветровую энергию.
Солнечная и ветровая энергии - источники непостоянные и обладающие малой интенсивностью. В то время как энергопотребители заинтересованы в непрерывном снабжении энергией.
Из этого следует, что для практического применения регенеративной энергии необходим эффективный способ ее сохранения. Водород является оптимальным хранилищем и носителем для регенеративной энергии. Он может быть легко получен путём водяного электролиза, храниться и транспортироваться по хорошо известным технологиям и при правильном сжигании водорода продуктом окисления ( горения ) является чистая вода.
С 1985 года Висбаденская высшая школа разрабатывает, конструирует и совершенствует ветроводородную систему с установленной мощностью 20 кВт (рисунок), а с 1990 года - солнечно-водородную систему мощностью 2 кВт. Потребителями таких систем являются двигатели, камеры сгорания, обычные и каталитические нагреватели, лампы, холодильные устройства, которые были также разработаны, сконструированы и испытаны.
Серьезная проблема этих небольших децентрализованных систем - очень дорогое хранение водорода в больших ёмкостях под давлением.
Для широкого практического применения водорода как энергоносителя необходимо также создать совершенную техническую и организационную ин фраструктуру хранения, транспортировки, распределения и использования водорода.
Эти проблемы могут помешать внедрению водородной технологии на долгое время или навсегда.
Жвдкие же энергоносители, напротив, имеют большие преимущества, почти сформировавшуюся инфраструктуру их транспортировки.
Как газообразный водород, полученный при помощи регенеративной энергии, может быть преобразованным в жидкий энергоноситель, который бы хранился без потерь, был удобен в транспортировке и использовании? Жидкий водород не является решением этого вопроса, гак как он дорогостоящий и
Рис. Схема ветровой электроустановки с получением газообразного водорода: 1 - преобразователь ветряной энергии; 2 - кабина электроники; 3 - кабина для батареи (электролайзера - ексйоИгег): 4 - электроника напряжения (питания); 5 - электролайзер напряжения; 6 - хранилище воды; 7 - хранилище водорода; 8 - двигатель; Н1 —нагреваю щая кабина 2, Н2 - нагревающая кабина 3, НЗ - нагревающий дом
технология его производства сложна. В данном случае было бы полезно узнать, как природа решает проблему хранения и транспортировки энергии.
Из воды, впитанной корнями, и углекислого газа СОг, полученного из атмосферы, растения при помощи солнечного излучения производят биомассу, например, сахарозу, масла. В этих процессах кислород вырабатывается путем выделения из атмосферы поверхностью листа. Упрощенно можно сформулиро вать процесс в виде реакции
6Н20 + 6С 02 + солнечная энергия <=> С6Н120 6 + 6 0 2. |
(1) |
СбН^Об (глюкоза) в растении служит резервуаром для энергии. Солнечная энергия необходима для расщепления воды на водород и кислород.
Н20 + энергия <— >Н2 + 1/202. |
(2) |
Водород в этой реакции, реагируя с атмосферным |
С 02 , образует в |
несколько этапов С^Н^Об (глюкозу), масла, биомассу. |
|
Уравнение (1) при чтении слева направо описывает получение биомас сы (фотосинтез), справа налево - её разложение с участием кислорода на воду и С 02 .
С нашей точки зрения проблема хранения энергии решается с помощью уравнений (1) и (2).
Если водород, произведенный путем водного электролиза, реагирует с
С 02, образуются жидкие гидрокарбонаты, например: |
|
||
ЗН2 + С 02 -> СН3ОН + Н20 |
(А Н = - |
49 кДж/моль). |
(3) |
Технология производства метанола |
СН3ОН |
хорошо известна. |
Мета |
нол - это эффективный энергоноситель и сырье для химической промышленности. В ситуации с восстановлением энергии мы видим здесь многообещающий способ развития новой энергетической технологии. В
данном случае С 02 является |
не загрязняющим агентом, а |
ценным сырьем |
|
для энерготехнологии и химической промышленности. |
|
||
По-видимому, будущие |
энерготехнологии |
будут |
цикличными, |
выполненными по примеру природных процессов, таких, как фотосинтез и процесс разложения. Причём водород для этих технологий будет производиться за счёт регенерированных энергий. Нефть - слишком ценная для сжигания её в автомобилях и топках, может быть использована для производства медикаментов, пластиков, пищи, синтетических волокон. Ведь это не разумно - затрачивая энергию, использовать молекулы нефти для получения энергии и синтезировать пластики из углеводорода с большими вложениями энергии. Нефть - это сырьё для химической промышленности, а двуокись углерода-для энерготехнологий.
Получено 10.06.99
УДК 697.34,699.86 Г. Н. Романова
Пермский государственный технический университет
НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
СУЧЕТОМ СОВРЕМЕННЫХ ТРЕБОВАНИЙ
КТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ЗДАНИЯ
Рассмотрено влияние утепления зданий на надежность систем централизованного теплоснабжения с целью обоснованного корректирования требований к резервированию трубопроводов тепловых сетей.
Нормативы по надежности тепловых сетей (ТС), приведенные в СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети», в настоящее время сводятся в основном к требованиям резервирования элементов оборудования.
Определение достаточности резервирования - процесс трудоемкий, а подбор резервных связей ведется методом проб и ошибок с проверкой гидравлических режимов. Вместе с тем резервные связи сами по себе снижают надежность ТС, так как приводят к росту вероятности отказов из-за увеличения количества элементов в системе. Кроме того, повышение надежности системы всегда вызывает увеличение материальных затрат. Поэтому требования к надежности должны быть убедительно обоснованы.
Но чисто экономический подход при оценке ущерба от отказов недостаточно надежной системы неприемлем, так как нарушение нормального теплоснабжения опасно для здоровья и жизни людей (переохлаждение организма, увеличение заболеваемости, снижение работоспособности). В итоге, требования к надежности определяются условиями техники безопасности, санитарными требованиями и существующим законодательством.
При обосновании необходимости резервирования системы большое значение имеет время восстановления ТС, которое в основном зависит от диаметров трубопроводов и оборудования сета (табл.1).
Таблица 1
Длительность восстановления теплопроводов г, ч [1-4]___________
---- -------------------------------------- ----------------- ----- ----------------- —1
Автор методики |
0,10 |
Значения г (ч) при диаметре трубопровода (м) |
|
\ |
||||||
|
0,15 |
0,20 |
0,25 |
0,30 |
0,35 |
0,40 |
0,50 |
0,60 |
1 |
|
Соколов Е.Я. [1] |
6,7 |
7,2 |
7,7 |
8,3 |
8,8 |
10,7 |
11,5 |
13,2 |
22,2 |
] |
Ионин А.А. [2] |
4,3 |
5,2 |
6,1 |
7,0 |
8,0 |
9,0 |
10,1 |
12,3 |
14,6 |
| |
Кучев В.А. [3] |
10 |
10,9 |
И ,9 |
12,8 |
13,8 |
14,7 |
15,7 |
17,6 |
19,5] |
|
Моек. инж..-стр. |
6,55 |
7,3 |
8,05 |
8,79 |
9,54 |
10,3 |
11,0 |
12,5 |
14,0 |
| |
ин-т [4] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При малых |
диаметрах теплопроводов |
время |
ремонта может оказаться |
|
||||||
меньше допустимого перерыва теплоснабжения. В таком случае нет необходимости в резервировании.
В соответствии с требованиями [5], при проектировании новых отапливаемых зданий усиливаются теплозащитные показатели ограждений. Анализ динамики остывания помещений жилого здания при различном утеплении ограждений для среднезимних условий г. Перми при полном прекращении подачи тепла приводится в табл.2.
Таблица 2
Влияние утепления зданий на их внутреннюю температуру при отключении теплоснабжения
Здания |
Температура в зданиях (°С) при пре•должительности |
|||||
|
|
отключения теплоснабже:ния(ч) |
|
|||
Неутепленные |
4 |
8 |
12 |
16 |
20 |
24 |
15,1 |
11,15 |
7,9 |
5,22 |
3,0 |
1,25 |
|
Утепленные в соотв. с |
17,4 |
15,1 |
13,0 |
ИД |
9,4 |
7,9 |
требованиями [5] |
|
|
|
|
|
|
Утепление отапливаемых зданий не только существенно влияет на энергозатраты жилого дома на отопление (в зданиях, строительство которых будет начато после 1 января 2001 года, расчетная тепловая мощность отопительных систем должна быть сокращена более чем в два раза), но и на параметры надежности систем централизованного теплоснабжения, что дает возможность существенно снизить затраты на резервирование ТС.
С выходом нового СНиП 41-01 «Системы теплоснабжения» [6] вероятность безотказной работы ТС предполагается не считать, так как в нем будут указаны нормативы на резервную подачу теплоты потребителям и допустимые длины тупиковых участков ТС, дифференцированные по расчетной температуре наружного воздуха и по диаметрам трубопроводов.
Существующие в настоящее время методики расчета надежности СЦТ основаны на усредненных методах определения плотности потока отказов, независимо от динамики изменения температур наружного воздуха в пределах отопительного сезона. Такой подход является причиной определенных неточностей, которые возрастают в ситуациях, связанных с возникновением нерасчетных похолоданий. Требуется проведение дополнительных исследо ваний для уточнения приводимых в СНиП данных по резервированию. Такая работа ведется на кафедре ТГВ и ОВБ Пермского государственного технического университета.
Список литературы
1.Соколов Е. Я. Количественный расчет надежности систем теплоснаб жения //Теплоэнергетика. 1990. №9.
2.Ионии А.А. Обоснование схем и расчет надежных систем тепловых
сетей//Теплоэнергетика. 1990. №9.
3. Кучев В.А. Повышение надежности теплоснабжающих систем на осно ве совершенствования и нормирования процессов восстановления при отказах на трубопроводах: Дис. ... канд. техн. наук. / Сиб. энергет. ин-т СО АН СССР.
Иркутск, 1988.
4.Соломатин В.П. Статистические характеристики надежности линейной части тепловых сетей// Теплоснабжение и вентиляция / МИСИ им. В.В. Куйбы шева. М.Д977. №144.
5.Изменение №3 СНиП П-3-79**. Строительная теплотехника / Госстрой
СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.
6. Ковылянский Я. А ., Коротков А. И. Опыт разработки СНиП 41-01 «Системы теплоснабжения» // Промышленная энергетика. 1997. №10.
Получено 10.06.99
УДК 697.3
Ю. Г. Грачев, Т. Н. Белоглазова
Пермский государственный технический университет
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЯХ
Предложен алгоритм оптимизации температуры рабочей зоны в производственных зданиях.
В производственных помещениях согласно рекомендациям нормативно технической литературы по проектированию систем обеспечения микрокли мата существует интервал численных значений допустимых параметров внутреннего микроклимата. Выбор температуры рабочей зоны в холодный период определяет как затраты на компенсацию теплопотерь помещения, так и сами теплопотери при данной расчетной температуре наружного воздуха. Это обстоятельство целесообразно использовать для оптимизации температуры рабочей зоны производственных помещений, для которых характерными вредными факторами являются тепловыделения.
На основании уравнения баланса явной теплоты определяем такую температуру рабочей зоны, которая обеспечивала бы минимальное значение разности между тепловыми потерями в холодный период и тепловыми поступлениями от технологического оборудования (± Д 0 и минимальные затраты тепла на отопление в холодный период ( 0 Т):
где Гпр, /р, /0ВВ) /рз - соответственно температура приточного воздуха, рецирку ляционного воздуха, воздуха, удаляемого системой общеобменной вентиля ции, воздуха рабочей зоны,°С;
рпр, Рр, Ровв» Р$з - соответственно плотность приточного воздуха, рециркуляционного воздуха, воздуха удаляемого системой общеобменной вентиляции, воздуха рабочей зоны, кг/м3;
с - теплоемкость воздуха, 1,005 кДж/(кг*°С); ±А Я - разность между тепловыми потерями в холодный период и тепло
выми поступлениями от технологического оборудования, определяется по формуле (2), кДж/ч;
Яот- затраты тепла на отопление в холодный период, кДж/ч. |
|
А е = о г - е п, |
(2 ) |
^ 1 = ^Т К + ^1И 5 |
^ |
где 0 т> Япю (Зли- Яп —соответственно теплопослупления от технологического оборудования, тепловые потери через ограждающие конструкции, на нагрев инфильтрирующегося воздуха, общие тепловые потери, кДж/ч.
Для решения данной задачи необходимы также дополнительные уравнения и ограничения. Температура воздуха, удаляемого системой
общеобменной вентиляции, определяется по формуле |
|
|||
I |
=1 |
+ Д(Л-2), |
(4) |
|
овв |
рЗ |
У |
7’ |
4 7 |
где А - температурный градиент, °С/м; И - расстояние от пола до центра вытяжных отверстий, м.
Температура приточного воздуха, определяется исходя из допустимой разницы температур А?, °С:
|
|
|
А1 =1 |
|
|
|
(5) |
|
|
|
рз |
|
|
|
|
где А/ - допустимая разница температур, °С. . |
|||||||
Температура |
воздуха |
рабочей зрны |
|
определяется в соответствии с |
|||
лип |
^ .шах |
|
|
|
|
||
ограничением Г |
рз<?рз< 1 |
рз. |
|
|
|
|
|
При решении данной задачи используется формула4* |
|||||||
|
|
|
(Г |
- I |
н |
) |
|
|
|
|
у рз |
|
7 |
(6) |
|
|
|
|
0п = 0п (/ |
- О |
|
||
|
|
|
7 |
’ |
|||
|
|
|
4 рз |
|
н |
|
|
где Я п—тепловые потери при температуре рабочей зоны I рз, кДж/ч; /н- температура наружного воздуха, °С.
Температура рабочей зоны определяется по преобразованной формуле
/* = / |
—{ 1. |
(7) |
рз |
н О I рз н; |
|
Алгоритм решения поставленной задачи приводится на рисунке.
^Богословский В.Н., Сканави А. Н. Отопление: Учеб, для вузов. М.: Стройиздат, 1991.
Данный алгоритм реализован для производственных помещений с удельными тепловыми выделениями менее 40 кДж/(чм3).
Получено 10.06.99
УДК 697.34
В.В. Бондаренко
Пермский государственный технический университет
СПОСОБ ПОВЫШ ЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И ЭКОНОМИЧНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Рассмотрены технические решения регулирования систем отопления.
В настоящее время во многих городах России актуальна проблема обеспечения надежности при напряженном тепловом балансе и недостаточных объемах финансирования ремонта тепловых сетей.
Обследование ряда конкретных городских систем теплоснабжения и расчет их надежности, выполненный по методике [1], позволили установить, что в подавляющем большинстве случаев расчетное годовое время неготовности систем теплоснабжения превышает норматив, равный 265 часов в год. Главные составляющие избыточного времени неготовности:
-недостаточная мощность источников тепловой энергии (30 - 90 часов);
-продолжительная эксплуатация тепловых сетей без капитальных ремон тов (25-50 часов).
Для обеспечения нормативных показателей надежности теплоснабжения
врассматриваемых случаях необходимо выполнить работы по реконструкции, техническому перевооружению и капитальному ремонту источников тепловой энергии тепловых сетей. Однако проведение таких работ требует значительных инвестиций, что во многих случаях затруднено [2].
Определенное снижение расчетного годового времени неготовности может быть достигнуто без значительных капитальных затрат за счет совершенствования тепловых и гидравлических режимов регулирования. В частности, при применении количественно-качественного регулирования полностью. исключается из баланса неготовности продолжительность устранения отказов на резервированных и резервирующих-тепломагистралях и тепловых сетях с двухсторонним питанием. Для многих систем теплоснабжения, по данным ВНИПИэнергопрома, это составляет 50-100 часов
вгод.
Применение режимов количественно-качественного регулирования не вызывает никаких затруднений при независимом присоединении абонентов. Многие авторы [3] исходят из предпосылки о возможности применения таких режимов в ближайшем будущем в связи с повышением этажности застройки жилых районов, которое предопределяет независимое присоединение отопительных систем. В то же время не учитывается тот факт, что в большинстве случаев необходимо иметь дело с исторически сложившимися системами теплоснабжения, к которым в настоящее время присоединены многие отопительные системы пятиэтажных зданий - по зависимой схеме с
применением водо-водяных элеваторов. Такое положение, по-видимому, сохраняется в обозримом будущем.
Необходимо отметить, что наиболее широко применяемые элеваторы типа ВТИ-Мосэнерго имеют один недостаток - постоянство коэффициента смешения, исключающее возможность количественно-качественного регули рования системы отопления. Во избежание этого недостатка в настоящее время применяют элеваторы «с регулирующим соплом» [4], в котором с помощью автоматически перемещаемой вдоль оси конусной иглы изменяется площадь выходного сечения сопла и, как следствие, коэффициент подмешивания.
С той же целью - создание, условий для осуществления режимов количественно-качественного регулирования абонентских систем отопления - на кафедре ТГиВ Пермского технического университета разработана конструкция водо-водяного элеватора с периферийной многоструйной подачей эжектирующей среды и с регулируемым коэффициентом подмешивания [5]. Конструкция предложенного элеватора основывается на принципиальной схеме, представленной в изобретении [6], и отличается Меньшими гидравлическими потерями в самом устройстве, меньшей длиной пути смешения потоков и, как следствие, уменьшенными габаритами [5]. Кроме того, центральное сопло для подвода подсасываемой среды имеет возможность осевого перемещения относительно начального сечения горловины элеватора, что позволяет изменять коэффициент подмешивания в пределах ±15+20%. Присоединяя к механизму перемещения центрального сопла несложную автоматическую систему, можно проводить количественно-качественное регулирование системы отопления. Эта задача может быть решена и при ручной настройке элеватора, которая должна проводиться не чаще одного раза в сутки.
Технические решения, основанные на постепенной замене существующих водо-водяных элеваторов на элеваторы предложенной конструкции, позволят не только повысить надежность теплоснабжения, но и устранить потери тепла, связанные со срезом температурного графика в переходный период года. Только этот источник позволит окупить все затраты, связанные с реконструкцией узлов управления систем отопления и установкой несложной автоматики, в течение одного отопительного сезона.
Применение рассмотренного технического решения становится особо актуальным в связи с намеченным на ближайшую перспективу утеплением ограждений части пятиэтажных жилых домов.
При наиболее распространенном в средней полосе двухступенчатом последовательном присоединении подогревателей горячего водоснабжения режима центрального качественного регулирования утепленных и неутеп ленных зданий, как известно отличается весьма существенно друг от друга.