3830

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.А.Лебедева

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ГЕНЕРАЦИИ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к практическим и семинарским занятиям по дисциплине

«Энергоэффективные процессы генерации и транспортировки тепловой энергии»

для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность в зданиях

Нижний Новгород

2016

1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.А.Лебедева

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ГЕНЕРАЦИИ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к практическим и семинарским занятиям для обучающихся по дисциплине

«Энергоэффективные процессы генерации и транспортировки тепловой энергии»

по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность в зданиях

Нижний Новгород

ННГАСУ

2016

2

УДК 620.9:662.6

Лебедева Е.А. Энергоэффективные процессы генерации и транспортировки тепловой энергии [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. /Е.А.Лебедева; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 32 с; ил. 1 электрон. опт. диск

(CD-RW)

Представлена информация о наиболее эффективных процессах генерации и транс-

портировки тепловой энергии, приведены указания по содержанию и последовательности выполнения практических и семинарских занятий по дисциплине «Энергоэффективные процессы генерации и транспортировки тепловой энергии», даны рекомендации по выполне-

нию индивидуальных заданий.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для проведения практических, семинарских занятий, выполнения индивидуальных заданий и подготовке к промежуточной аттестации по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность в зданиях.

Учебно-методическое пособие ориентировано на обучение в соответствии с календарным учебным графиком и учебным планом по основной образовательной программе направления 08.04.01 Строительство, профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность зданий, одобренной решением научно-технического совета (НТС) от «2» сентября 2015г. Протокол № 12.

© ННГАСУ, 2016.

3

4

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины Б1.В.ОД.10 Энергоэффективные процессы генерации и транспортировки тепловой энергии являются:

-формирование фундаментальных знаний и практических навыков по созданию энергоэффективных процессов выработки и транспортировки тепловой энергии;

-формирование способностей к выполнению теоретических и экспериментальных исследований по модернизации действующих технологий, выбору, научному обоснованию и расчету перспективного оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:

- основы процессов генерации тепловой энергии и эффективные системы транспортировки теплоносителей к потребителю;

- проблемы использования нетрадиционных источников энергии с целью замещения органического топлива и пути их решения;

-приоритетные направления реконструкции действующих котельных, включая использование когенерации на базе действующих и проектируемых котельных установок;

-специфику количественного и качественного регулирования параметров теплоносителя в тепловых сетях;

-способы технико-экономической и экологической оценки эффективности процессов выработки и транспортировки тепловой энергии.

Уметь:

-предотвратить потери теплоты непосредственно в котельной, а также при транспортировке и использовании теплоносителей;

-выбрать и оценить энергосберегающие технологии в котельных и тепловых сетях;

-разработать мероприятия по повышению эффективности и надежности источников системы теплоснабжения и тепловых сетей;

-выявить недостатки в работе котлов по результатам теплотехнических испытаний

иразработать мероприятия по снижению потерь теплоты;

-эффективно использовать методику экспериментального изучения качества изоляции тепловых сетей;

-выполнить технико-экономическое и экологическое обоснование эффективности процессов выработки и транспортировки тепловой энергии.

Владеть:

-спецификой использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии с целью замещения органического топлива;

-способами оценки эффективности действующего оборудования и энергосберегающими технологиями в котельных и тепловых сетях;

-навыками расчета эффективности когенерации и умением выбора оборудования системы автономного электроснабжения паровых и водогрейных котельных;

-способами экспериментального изучения качества изоляции тепловых сетей и выбора перспективных типов изоляционных покрытий;

-техникой разработки и проектирования передовых энергоэффективных технологий выработки и транспортировки тепловой энергии.

5

Данная дисциплина позволит студентам систематизировать полученные теоретические знания в области эффективной генерации тепловой энергии; выявить недостатки в работе источников теплоты по результатам теплотехнических испытаний; укрепить практические навыки расчета и обоснования энергосберегающих технологий и оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

Таблица 1. Объем дисциплины в зачетных единицах

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

1. Теоретические и экспериментальные исследования процессов выработки и транспортировки тепловой энергии с позиции энергоэффективности

Теоретические аспекты процессов генерации тепловой энергии. Методы оценки эффективности использования топлива. Основные положения методики проведения теплотехнических испытаний котлов и печей. Оценка эффективности использования топлива на примере паровой котельной промышленного предприятия по нормативному методу. Расчет результатов теплотехнических испытаний котлов и печей по методике проф. М.Б.Равича.

2. Приоритетные направления реконструкции действующих котельных и тепловых

сетей

Направления повышения эффективности выработки тепловой энергии. Способы снижения потерь теплоты в источниках систем теплоснабжения, при транспортировке теплоносителей и потреблении тепловой энергии.

3. Приоритетные энергосберегающие технологии

Реализация потенциала уходящих газов и вторичных источников тепловой энергии котельной. Анализ тепловой схемы котельной с позиции выявления потерь тепловой энергии. Выявление энергетического потенциала ВЭР в котлах и печах. Исследование возможности и перспектив использования возобновляемых источников в системах теплоснабжения с целью замещения органического топлива. Использование процессов когенерации и тригенерации в действующих котельных. Изоляция тепловых сетей. Сопоставление видов изоляции. Методика экспериментального исследования качества изоляции тепловых сетей. Способы теплозащиты зданий и сооружений.

6

4.Методы экономической и экологической оценки процессов генерации и транспортировки тепловой энергии

Технико-экономическое и экологическое обоснование предложенных технических решений. Методика расчета окупаемости использования ВЭР котельной. Методика расчета окупаемости гелиосистемы для различных населенных мест России. Расчет окупаемости предложенных технических решений. Расчет предотвращенного экологического ущерба от использования предложенных технических решений.

1.3 Порядок освоения материала

Студенты предварительно знакомятся с программой курса; в качестве раздаточного материала выдается «Перечень практических занятий», озвучивается основной и дополнительный список рекомендуемой литературы, включающий учебники, учебные пособия по дисциплине.

В течение курса со студентами проводятся семинары - дискуссии, индивидуальные и групповые консультации по вопросам выполнения индивидуальных расчетных заданий.

Весь часовой объем курса делится на академический (аудиторный) и самостоятельный. Основными формами реализации дисциплины являются практические занятия, а также формы самостоятельной работы: подготовка к семинарам - дискуссиям, практическим занятиям, подготовка к промежуточной аттестации (зачету).

2. Методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям

2.1.Общие рекомендации по проведению практических занятий

В соответствии с рабочей программой курса предусмотрено 36 часов практических занятий. Практические занятия в аудитории состоят из семинаров-дискуссий, на которых рассматриваются научные основы изучаемых процессов и учебных занятий по расчету и обоснованию энерго и ресурсосберегающих технологий и оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

Практические занятия направлены на освоение теоретических знаний и выработку умений и навыков самостоятельного решения технических задач по предлагаемым темам.

Выдаваемый студентам «Перечень практических занятий» позволяет сориентировать студентов в направлении поиска информации по конкретной теме семинарадискуссии, поиску технических решений по индивидуальным заданиям.

Предлагается широкий спектр литературных источников, позволяющий расширить возможности студентов при самостоятельной подготовке к семинару-дискуссии, выполнению индивидуальных заданий, написании реферата и подготовке к экзамену.

Кроме того, студентам необходимо знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях. При этом необходимо учесть рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Желательно готовить конспекты по изучаемым темам. Это особенно относится к тематике семинарских занятий, на которых производится дискуссия по предложенной тематике, в ходе которой студенты

7

отвечают на вопросы, представленные в разделе 2.2. При этом студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при подготовке реферата.

Впроцессе проведения практических занятий используются различные методики

иформы работы: экспресс-опрос, семинар-дискуссия, демонстрация разработанных схем

итехнических решений на доске, тестирование, обучающие игры. Обязательно используются наглядные пособия.

На практических занятиях осуществляется текущий контроль работы обучающихся, включая контроль выполнения индивидуальных заданий.

2.2. Вопросы по тематике семинаров-дискуссий

Подготовка к семинарским занятиям призвана сформировать у студентов навыки самостоятельного анализа информации по теме, умение дать по тому или иному техническому решению или проблеме аргументированный ответ, умение ориентироваться в литературных источниках, формулировать собственные оценки, выводы, мнения по предложенной тематике.

Важной функцией семинарских занятий является углубление знаний, полученных в процессе подготовки к семинарудискуссии, их закрепление и применение при подготовке к выполнению индивидуальных заданий.

Семинарские занятия включают в себя такие формы учебной деятельности как устные выступления с докладами и их обсуждения, экспресс-опрос по теме и анализ особенностей решения обсуждаемой технической проблемы.

Особенно высоко оценивается выполнение презентаций по предложенной темати-

ке.

Таким образом, семинарские занятия как активная форма изучения темы, являются оптимальным средством контроля учебной деятельности студентов, а итоговые оценки, полученные на семинарских занятиях, влияют на результаты промежуточной аттестации.

2.3. Содержание и порядок выполнения практических заданий

ЗАНЯТИЕ №1

СЕМИНАР – ДИСКУССИЯ

Тема: Современное состояние систем выработки, транспортировки и потребления тепловой энергии

Экспресс-опрос по проблемам выработки, транспортировки и потребления тепловой энергии, в том числе технологиям энергосбережения на основе знаний, полученных в рамках учебного плана бакалавриата:

- охарактеризуйте способы производства тепловой и электрической энергии;

8

- каковы различия в схемах раздельного и совместного производства тепловой и электрической энергии? Приведите преимущества и недостатки схем и обозначьте направления повышения энергоэффективности.

-назовите основные характеристики котлов и котельных установок. Каковы свойства и параметры теплоносителей в различных тепловых схемах?

-каковы критерии оценки эффективности использования топлива? Назовите основные экономические показатели котельной установки; -приведите основные проблемы, возникающие при транспортировке теплоносителей к потребителю;

-как, на Ваш взгляд, может повысить энергозащищенность зданий и сооружений?

Примечание: В процессе дискуссии студенты обсуждают схемы раздельного и совместного производства тепловой и электрической энергии [1,2], изображая их на классной доске, а также пользуются плакатами, моделями котельного оборудования и горелочных устройств; сопоставляют конструкции действующих и перспективных котлов и вспомогательного оборудования; анализируют современное состояние систем выработки, транспортировки и потребления тепловой энергии (приложение 1,2), выявляя их основные недостатки и анализируя перспективные направления совершенствования по предварительно изученной информации.

ЗАНЯТИЕ №2

СЕМИНАРДИСКУССИЯ

Тема: Критерии эффективности использования топлива

В ходе дискуссии по предложенной теме необходимо ответить на следующие во-

просы:

-что такое располагаемая теплота, вводимая в теплогенератор, и каковы единицы

ееизмерения?

-поясните понятие «тепловой баланс котлоагрегата (котла);

-назовите составляющие приходной части теплового баланса и поясните, как определяются слагаемые;

-приведите составляющие расходной части теплового баланса;

-расшифруйте потери теплоты и проанализируйте каждую из них;

-предложите мероприятия по снижению каждой из потерь теплоты с целью повышения эффективности котлоагрегата (котла);

-что такое коэффициент полезного действия (КПД, %) брутто котлоагрегата (кот-

ла)?

-поясните понятие (КПД, %) нетто котельной;

-предложите пути снижения потерь теплоты на собственные нужды котельной;

-с какой целью определяются удельный топлива на единицу произведенной тепловой энергии и 1 т пара?

-что такое эксергетический баланс котлоагрегата (котла)?

-назовите потери эксергии при работе котлоагрегата (котла);

9

-каково значение эксергии топлива?

-каковы потери эксергии вследствии необратимости процесса горения? -каковы потери эксергии от необратимости теплообмена?

-назовите потери эксергии от смешения потоков при различных температурах?

-приведите численные различия КПД теплового и эксергетического балансов котлоагрегата (котла).

Примечания:

-подготовка к дискуссии осуществляется в форме опережающего обучения, т.е студенты самостоятельно изучают предложенные темы и делятся . полученными знаниями в ходе дискуссии.

-закрепление изученного материала [1,2,3] проводится в форме ответов на поставленные вопросы с последующим обсуждением различных мнений.

ЗАНЯТИЕ №3.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

Тема: Расчет материального и теплового балансов парового котлоагрегата (водогрейного котла) с целью определения эффективности выработки тепловой энергии.

Задача расчета – определить КПДбрутто котлоагрегата (котла), расход органического топлива на котлоагрегат (котел) и удельный расход топлива на производство единицы тепловой энергии.

Исходные данные

-марка и типоразмер котла;

-вид и состав и теплота сгорания органического топлива;

-теплота сгорания топлива (если не задана, выполнить расчет теплоты сгорания (высшей и низшей) по составу топлива)).

Коэффициентом полезного действия (КПД, %) котлоагрегата (брутто) называется отношение полезно используемой теплоты Q1 к располагаемой теплоте Qрr

КПД бр котлоагрегата (котла) определяется в ходе поверочного теплового расчета котлоагрегата (котла) в соответствии с [ 2].

Расчет теплового баланса парового котлоагрегата (водогрейного котла), проводится в следующей последовательности:

- разрабатывается схема газовоздушного тракта котлоагрегата (котла); -назначаются реперные точки, в которых будут определяться необходимые пара-

метры потоков теплоты и продуктов сгорания;

-вычисляются коэффициенты избытка воздуха в реперных точках по ходу газового

тракта;

-определяются теоретические объемы воздуха, необходимого для горения, а также теоретические объемы азота, трехатомных газов и водяных паров;

-рассчитывается действительный суммарный объём продуктов сгорания органического топлива;

10