Страница 6: ВСН 56-87. Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений нормы проектирования (32627)

Подобные системы могут быть применены в тех случаях, когда геотермальный теплоноситель не отличается повышенной коррозионной активностью, но его качество не соответствует требованиям, предъявляемым к питьевой воде. При этом источником питьевой воды служит водопровод населенного пункта.

При других исходных условиях возможны и другие схемные решения подобных комплексных систем. Например, возможно создание закрытой комплексной системы с однотрубной тепловой сетью ГВ (рис. 17) при наличии вблизи термоводозабора источника питьевой воды и места сброса.

Рис. 17. Комплексная однотрубная закрытая геотермальная система теплоснабжения с ТНУ.

1 — геотермальные скважины; 2 — промежуточная емкость; 3 — сетевая насосная станция; 4 —тепличный комбинат; 5 — насосная станция обратной закачки; 6 — скважины обратной закачки; 7 — сетевой теплообменник ГВ; 8 и 9 — испарители и конденсаторы ТНУ; 10 — однотрубная транзитная теплосеть; 11 — сетевой бак-аккумулятор; 12 и 13 — сетевой и циркуляционный насосы; 14 — водоразборный кран; 15 — регулирующие задвижки; 16 — регулятор

При расположении места сброса близ потребителей геотермальной теплоты ЦТПГ может быть расположен в населенном пункте. Однако такое его расположение удлиняет протяженность тепловой сети, по которой циркулирует геотермальный теплоноситель, что нежелательно из-за распространенной повышенной коррозионной активности геотермальной воды. Создание систем, аналогичных приведенным, возможно также при независимом присоединении системы отопления тепличного комбината.

Учитывая регулирование отопительной нагрузки тепличного комбината (см. разд. 5 Норм), в годовом цикле работы изображенных комплексных схем можно выделить три режима эксплуатации в зависимости от коэффициента отпуска теплоты на отопление ф:

в летний период (ф = 0) термоводозабор имеет постоянный дебит геотермальной воды, обеспечивающий тепловую нагрузку ГВ;

с наступлением отопительного периода до включения пикового догрева (ф < фп) дебит термоводозабора регулируется в зависимости от нагрузки отопления и полностью обеспечивает геотермальной теплотой потребности отопления и ГВ;

при низких температурах наружного воздуха (ф > фп) дебит термоводозабора постоянен, равен максимальному и обеспечивает полностью потребность в теплоте отопления теплиц, в то время как на нужды ГВ теплоты не хватает. Нехватка геотермальной теплоты на нужды ГВ компенсируется пиковым догревом. Регулирование производится изменением тепловой мощности пикового источника теплоты.

При проектировании комплексных систем геотермального теплоснабжения, обеспечивающих отопление теплицы и ГВ зданий, за расчетные условия следует принимать расчетный режим эксплуатации системы отопления теплицы, т. е. при коэффициенте отпуска теплоты на отопление ф = 1.

Установленная тепловая мощность пикового источника теплоты Q' определяется при этом по формуле

Q п = С С.в('г.в - Р.в),(16)

где с — удельная теплоемкость геотермального теплоносителя, Дж/кг-°С); Сгв — среднесуточный расход питьевой воды в системе ГВ, кг/с; tг.в — расчетная начальная температура водопроводной воды в системе ГВ после пикового догрева, °С; ір тв = t'о - Д'то — расчетная температура водопроводной воды системы ГВ после сетевого теплообменника, °С; t о — расчетная температура обратной воды в сети после системы отопления теплицы, °С, Д'то — разность температур теплоносителей на «горячем» конце противоточного теплообменника в расчетном режиме (рекомендуется выбирать Dt т.о = 5^10°С).

Значение коэффициента отпуска теплоты фп, соответствующее включению (выключению) пикового догрева, следует определять по формуле

фф = ,(17)

где

«р -1

e=—(18)

«о «вод

ориентировочный коэффициент эффективности теплообменного аппарата системы ГВ в расчетном режиме; «вод — расчетная температура водопроводной воды, поступающей в систему ГВ на подпитку, °С; t 'т — расчетная температура геотермальной воды, °С.

Температура наружного воздуха 4.н, соответствующая фп, при которой должен включаться (выключаться) пиковый догрев, определяется по формуле

1. н = ,(19)

где «в—температура внутреннего воздуха теплиц,°С;t'н— расчетная

температура наружного воздуха, °С.

Графикрегулирования тепловой мощностипиковогоисточника

теплоты Qu, МВт, следует строить, пользуясь зависимостью

Qп = О'п = e С Сг,(1 - ф)('т - ' о),(20)

где ф — текущий коэффициент отпуска теплоты.

График общего расхода геотермального теплоносителя в режиме регулирования дебита термоводозабора следует строить по формуле

сСт (гт - «'.в ) - еХР^ —^ -^~ | НсСт («Г - гвод.) - сСг.в (Гг'.в - «в'од.)]

с ^ GTСг. в

ф

ест(«т - «о)

KFf 11

-J1ССт («Г - «вод.) - ССг.в (F .в - «вод.)]

! (21)

!(KF f 11

1 - exp^ —

Iс

где Ст — текущий расход геотермальной воды, кг/с; К и F — коэффициент теплопередачи в расчетном режиме (Вт/м2-°С) и площадь поверхности нагрева теплообменного аппарата ГВ (м2).

Для этого, подставляя в (21) значения текущего расхода Ст < С т, получим соответствующие значения ф < фп. Затем, отложив по оси абсцисс вычисленные значения ф, а по оси ординат — принятые значения Ст, получаем искомый график. При этом расход теплоносителя в летнем режиме (при ф = 0) определяется графически.

Произведение KF характеризует конструктивные особенности и размеры теплообменного аппарата и вычисляется по формуле

сС1e

KF = Сгв/ССт-11п1 -еСгв/ст при Сгв / с т * 1(22)

или

рсСг

KF=при Сгв / С ; = 1.(23)

График температуры сбросной геотермальной воды «с(ф) (необходимый для определения количества теплоты, возвращаемой в водоносный пласт при обратной закачке) следует строить по следующим расчетным зависимостям:

для систем с пиковой котельной в режиме максимального дебита термоводозабора и работы пикового догрева (т. е. при фп < ф)

Сгв

«с = «т - ф(«т - «о) - С' {e [t 'т - «вод. - ф(«Т - « о)]} (24)

ит

для тех же систем в режиме регулирования дебита термоводозабора (т. е. при ф < фи), а также для систем с ТНУ во всем диапазоне изменения ф

1

«с = «т - С [фС т (tT - « о) + Сг.в (t г.в - «вод.)] (25)

т

для любого пикового источника теплоты при выключенной системе отопления теплиц (ф = 0);

, С™. ,

«с = «т - С'(tг.в - «вод.).(26)

т

Во всех случаях текущий расход теплоносителя определяется по графику, построенному по формуле (21). Примеры укрупненного расчета описанных комплексных геотермальных систем теплоснабжения изложены в рекомендуемом прил. 6.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Рекомендуемое

Примеры расчета коэффициента эффективности для различных систем геотермального теплоснабжения

В рассматриваемых ниже примерах доли расчетного дебита геотермальной воды, расходуемой соответственно на отопление а, вентиляцию b и горячее водоснабжение у принимаются исходя из условных соотношений нагрузок.

Общие исходные данные для рассматриваемых примеров: температура геотермальной воды t т = 65 °С; расчетная температура воды, идущей на отопление, t 'г = vay расчетная температура обратной воды после систем отопления t 'о = 40 °С;

расчетная температура наружного воздуха для отопления t 'н = -13 °С; продолжительность отопительного сезона Гсез. = 160 сут; месторождение пластового типа, пласт полуограниченный с 1п = 5 км; расчетная нагрузка на отопление Q от = 0,81 МВт; расчетная нагрузка на горячее водоснабжение Q 'в = 0,35 МВт; центральное регулирование температуры теплоносителя в тепловых сетях — качественное, путем подмешивания сбросной воды к горячей.

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 (12) Норм

= 7,9 кг/с.

1. Доля расчетного дебита геотермальной воды, расходуемой на отопление, определяется по формуле (9) Норм a = 0,7 • 103/4,19 • 7,9 (65 - 40) = 0,85.

То же, на горячее водоснабжение получим из формулы (14) Норм: g = 1 - 0,85 = 0,15.

1. Степень относительного использования максимума нагрузки определяется по формулам табл. 1 Норм: на отопление

где фср.от. — среднеотопительный коэффициент отпуска теплоты, определяемый по формуле (3) п 2.6 Норм.

Пусть фсрот. = 0,52, тогда ZOT. = (160 • 24 • 0,52)/8500 = 0,23; на горячее водоснабжение 2гв = (5500 +0,35 • 160 • 24)/8500 = 0,805.

1. Коэффициент использования скважины определяется по формулам табл. 1 Норм: для отопления

-^65-40

Г..„впт = 0,23 =0173-

сквот.(65-18 - 5) - 0,52(40 -18 - 5)0,173;

для горячего водоснабжения ^скв.г.в = (6800 +0,2 • 160 • 24)/8500 = 0,89.

1. Средневзвешенная величина коэффициента использования

скважины по формуле (13) Норм ^скв.об. = 0,85 • 0,17 + 0,15 • 0,89 = 0,28.

1. Степень относительного увеличения расчетного дебита скважины в

целом для объекта определяется при известном ^скв.об. = 0,28 для полуограниченного пласта с 1п = 5 км по рис. 1 — ^об. = 1,55.

1. Степень относительного срабатывания температурного перепада определяется по формулам:

на отопление

v = (t г - О/ (t т - 5), t'T = t т = 65 °С;

V = (65 - 40)/ (65 - 5) = 0,417;

на горячее водоснабжение /гв = 1 (так как t (в = t ().

1. Коэффициент эффективности геотермального теплоснабжения для

данной схемы определяется по формуле (8) Норм 7геот. = (0,85 • 0,417 • 0,23 + 0,15 • 1 • 0,805) 1,55 = 0,31.

Б. Зависимая система отопления с пиковым догревом геотермального

теплоносителя

t т.г = 100 °С,

1=4кг/с,

1. =0,7,

g = 1 - 0,7 = 0,3.

1. Коэффициент отпуска теплоты, соответствующий моменту отключения пикового догрева, определяется по формуле (7) Норм фпот. = (65 - 18 - 5)/(100 - 18 - 5) = 0,545.
2. Пусть коэффициент отпуска теплоты, соответствующий моменту окончания отопительного сезона фк = 0,27.
3. Ориентировочная продолжительность работы пикового догрева Тп (сут) определяем по формуле (4) Норм:

где А и В — эмпирические коэффициенты, определяемые соответственно по графикам рис. 3 и 4. При t 'н = -13°С; А = 0,04; В = 0,6. Тогда Тн = (1 - 0,545)1/0,6/0,04 = 57,5 сут.

1. Относительный коэффициент отпуска теплоты определяется по

формуле (5) Норм Фот. = (0,545 + 0,27)/(2 • 0,545) = 0,75.

1. Температура сбросной воды, соответствующая моменту отключения пикового догрева, приближенно определяется по формуле

4п = Фп (t о - tв - 5) + (4 - 5),

4п = 0,545 (40 - 18 - 5) + (18 + 5) = 32,3 °С.

1. Коэффициент использования скважины при отоплении определяется по формуле из табл. 1 Норм

_= 57,5 • 24(160- 57,5)240,75(65-32,3)

_сквот. = 85008500(65-18 - 5) - 0,75(32,3 -18 - 5)= 0,365;

1. Доля пикового догрева на отопление определяется по графикам рис. 2 Норм. При

= 0,45

и

/т.г - t с = 100 - 40 = 60 °С, dK = 0,11.

1. Степень относительного срабатывания температурного перепада: для систем отопления 1ОТ. = (100 - 40)/(65 - 5) = 1;

для систем горячего водоснабжения ігв = 1.

1. Средневзвешенная величина коэффициента использования скважины определяется по формуле (13) Норм _скв.от. = 0,7 • 0,365 + 0,3 • 0,89 = 0,523, _скв.г.в = 0,89 (см. предыдущий пример).
2. По рис. 1 определяем ^об. = 1,16.
3. Коэффициент эффективности геотермального теплоснабжения

об

объекта равен h-еот. = [0,7 • 1 • 0,23(1 - 0,11) + 0,3 • 1 • 0,805] 1,16 = 0,446.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Обязательное

Пример подбора отопительных приборов и построение графиков регулирования геотермальных систем отопления

Ниже приведен пример расчета требуемого номинального теплового потока отопительного прибора геотермальной системы отопления, устанавливаемого в помещении.

Исходные данные: расчетная мощность прибора Q = 1000 Вт;

,ГГ

расчетная температура горячей воды h = 80 °С;

расчетная температура внутреннего воздуха в помещении 4 = 18 °С.

t,r

1. Зададимся расчетной температурой обратной воды Lo = 35 °С.
2. Определяем расчетную степень срабатывания теплового потенциала теплоносителя при заданных условиях по формуле (17) _ = (80 - 35) / (80 - 18) = 0,73.

Поскольку _ > 0,4, расчет следует вести по формуле (18).

1. Определим расчетный расход теплоносителя через отопительный прибор

G = Q =1000=0005

8c(t"- 04,19-103(80 - 35), кг/с.

1. Выбираем тип отопительного прибора — конвектор КН-20 «Комфорт» (п = 0,35; p = 0,07) и по формуле (20) вычисляем расчетный среднестепенной температурный напор.

= I О.35[(80-18)-(35-18)] I1'135 = 339

ст. {(35 -18)-0,35 -(80-18)-0,35 J,С.

Для вычисления А4т можно также воспользоваться программой 1 прил. 7.

1. Определим значения G и Аст по формулам (21) и (19):

^ = 0,005/0,1 = 0,05; Аст = 33,9/70 = 0,48.

1. Определим по формуле (18) номинальный тепловой поток отопительного прибора, который необходимо установить в данном помещении: QK = 1000/0,481,35 • 0,050,07 = 3322 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 — 2,0, имеющих длину оребренной части 700 мм или 2 прибора КН-20 — 2,9 с длиной оребренной части 1000 мм.

1. В тех случаях, когда полученное в результате расчета количество приборов по конструктивным соображениям в помещении размещено быть не может, расчет следует повторить, увеличив расчетную температуру обратной воды: 40; 45; 50 °С и т.д.

Примечание : Номинальный тепловой поток QK отопительного прибора, который необходимо установить в помещении, можно также определять, пользуясь программой № 2 рекомендуемого прил. 7.

Для построения графика количественного регулирования отопительной нагрузки вначале определим величину %, воспользуясь формулой (29) или программой 3 рекомендуемого прил. 7.

-1

Х= ln0,5

80 - 0,5(35 +18)1(35 -18)-0,35 -(80 -18)-0,35

80 - 35+1-0,070,5-0,35(35 -18)-0,35 -(80 -18)-<

= 1,61

Далее, пользуясь формулой (28) или программой 4, а также формулой (30), построим графики расхода теплоносителя и температуры обратной воды системы отопления (см. рис. 1 и 2).