Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Расчет теплового насоса – тосол/вода
В соответствии с расчетами необходимо подобрать тепловой насос. Исходя из заданной нагрузки на отопление здания (0,207 Гкал/час), принимаем для внедрения 3 тепловых насоса типа ТП SSR-25 со следующими параметрами работы каждой машины: - тепловая производительность - 100 кВт, 86 000 ккал/ч; - холодопроизводительность – 91,83 кВт, 78973 ккал/ч; - электрическая мощность - 20 кВт. - 2 скважинных насоса WILO. С учетом привода скважинных и сетевых насосов суммарная электрическая мощность увеличится примерно на 10 кВт и составит 20·3 маш.+10=70кВт. Примечание: – режим работы при производстве тепла: температура внешнего контура 15˚С, внутреннего +45˚С. – режим работы при производстве холода: температура внешнего контура 15˚С, внутреннего -7˚С. – температура воды со скважины: зимой >9˚С, летом <41˚С. – температура тосола при включении на замкнутый внешний контур: зимой >-4˚С, летом <21˚С. Две петли двойных U-образных пластиковых труб в одной скважине. Все полости между трубами и грунтом заполнены материалом, хорошо проводящим тепло (бетонит). Охлажденная и защищенная от замерзания вода (тосол) в этом случае также подается до самой низкой точки и затем возвращается к испарителю теплового насоса. При этом она забирает тепло. Опыт показывает, что удельный тепловой поток очень сильно колеблется и находится между 20 и 100 Вт на метр длины зонда. Расстояние между двумя грунтовыми зондами должно составлять 5 – 6 м. Если расчеты производятся исходя из среднего значения 50 Вт/м, то, например, для холодопроизводительности 6,5 кВт это означает наличие зонда длиной 130 м или двух зондов длиной по 65 м. В случае таких установок необходимо своевременно информировать соответствующую службу госводонздзора о строительном проекте. А – обратный трубопровод тосол; В – подающий трубопровод тосол; С – суспензия бетонит-цемент; D – защитный колпачок.
Рисунок 18. Зонд из двойной U-образной трубы
В качестве теплоносителя системы сбора низкопотенциального тепла грунта, исходя из имеющегося опыта и представленных на рынке веществ и растворов, учитывая их эксплуатационные свойства и стоимость, принят 35 % водный раствор этиленгликоля со следующими теплофизическими характеристиками:
Таблица 3 Теплофизические характеристики водного раствора этиленгликоля
Грунтовый теплообменник (далее по тексту - термоскважина) представляет собой конструкцию «труба в трубе» коаксиального типа со стальной наружной и полиэтиленовой внутренней трубами. Теплоноситель, отдав тепло и охладившись в испарителе теплонасосной установки (ТНУ), поступает во внутреннюю (полиэтиленовую) трубу грунтового теплообменника, опускается в нижнюю часть скважины, переходит в межтрубную полость, где поднимается вверх и, нагреваясь, отбирает тепло грунта и вновь отдает его в испарителе ТНУ. Ниже приведены геометрические характеристики термоскважины: Наружная труба Æ219х7,7 мм (сталь) Внутренняя труба Æ180х16,2 мм (полиэтилен) Эквивалентный диаметр кольцевого канала: dэ = 4 · F / P = [4 · p / 4 · (D 2 – d 2)] / p · (D + d) (2.5) dэ = D – d = 0,2036 - 0,18 = 0,0236 (м) Площадь кольцевого канала межтрубной полости: fk = p / 4 · (D 2 – d 2) (2.6) fk = 3,14 / 4 · [(0,2035)2 - (0,18)2] = 0,007 (м2) Режим кондиционирования Суммарную холодопроизводительность ССНТГ принимаем равной нагрузке кондиционирования Q 0 = 1740 (кВт). Общее количество термоскважин ССНТГ n = 89. Холодопроизводительность одной термоскважины: Q 1 = Q 0 / n (2.7) Q 1 = 1740 / 89 = 19,6 кВт Объемный расход теплоносителя через термоскважину: Gv = Q 1 / (r · Cp · D t) (2.8) Gv = 19,6 / {1045 · 3,57 · [(15) - (9)]} = 0,00087 м3/с где r - плотность теплоносителя, кг/м3; Cp - удельная теплоемкость теплоносителя, кДж/кг·К; D t - разность температур теплоносителя, °С.
Принимаем температуру входа теплоносителя в термоскважину и выхода из нее соответственно: t 1 = 15 °С, t 2 = 9 °С. Скорость теплоносителя в кольцевом канале: V = Gv / fk (2.9) V = 0,00087 / 0,007 = 0,124 м/с Критерий Рейнольдса: Re = V · dэ / v (2.10) Re = 0,124 · 0,0236 / (6,29 · 10-6) = 465 << 2000 что характеризует режим течения теплоносителя в кольцевом канале как ламинарный. Для определения более подробных характеристик теплового взаимодействия и выбора расчетных зависимостей числа Нуссельта, определим критерии Пекле и Грасгофа. Критерий Пекле (характеризует соотношение конвективных и кондуктивных потоков тепла при конвективном теплообмене): Pe = V · dэ / a = Re · Pr (2.11) Pe = 465 · 51 = 23715 Критерий Грасгофа (характеризует соотношение подъемных сил и сил вязкости): Gr = [ g · b · D t · (dэ)3] / v 2 (2.12) Gr = [9,81 · (1,9 · 10-4) · 8 · (2,36 · 10-2)3] / (7,35 · 10-6)2 = 26666 где g - ускорение свободного падения, м/с2; b - температурный коэффициент объемного расширения жидкости, 1/К. b= (r ж - r ст) / [r ж · (tж - tст)] (2.13) b = 1,9 · 10-4 1/К где r ж - плотность жидкости при температуре потока, кг/м3; r ст - плотность жидкости при температуре стенки, кг/м3; tст - расчетная температура стенки, °С; tж - расчетная температура потока, °С. В связи с тем, что Re << 2000, для определения степени влияния гравитационных сил определяем параметр: Gr · Pr = 26666 · 51 = 1359966 т.к. (7¸8)·105 < 1359966 < 4 · 108 в рассматриваемом случае имеет место вязкостно-гравитационный режим течения теплоносителя в термоскважине. Такой режим течения жидкости характеризуется наложением на вынужденное течение свободного течения, обусловленного зависимостью плотности жидкости от температуры. В соответствии с [16] и вследствие того, что: (1/Pe)·(L / dэ) = (1/26666)·(50/0,0236) = 0,079 >0,004 критерий Нуссельта (безразмерный коэффициент теплоотдачи) в условиях течения жидкости в кольцевом канале при теплообмене только через наружную стенку трубы в условиях ламинарного течения при вязкостно-гравитационном режиме будет равен: Nu = {3,66 + [0,0668 (Pe (dэ / L))] / [1 + 0,04 · (Pe (dэ / L))2/3]} e1 · y1 (2.14) Nu = {3,66 + [0,0668 (26666 (0,0236 / 50))] / [1 + + 0,04 (26666 (0,0236 / 50))2/3]} · 1 · 1,04 = 4,53 где e1 - поправочный коэффициент на гидродинамический начальный участок; вследствие того, что (1/Re) · (L / dэ) = 4,56 >> 0,1 имеет место наличие успокоительного участка, т.е. 1 = 1 y1 - коэффициент, учитывающий изменение физических свойств потока. y1 = (m ст / m ж)-0,14 (2.15) y1 = (4810 · 10-6 / 6514 · 10-6)-0,14 = 1,04 где m ст - коэффициент динамической вязкости при температуре стенки, Па·с; m ж - коэффициент динамической вязкости при температуре потока, Па·с; В связи с тем, что отношение длины канала к его гидравлическому диаметру: L / dэ = 50 / 0,0236 = 2119 >> 120 можно принять модель бесконечно длинной трубы. В соответствии с таблицей 2-27 [16] для dвн / dн = 180 / 203,6 = 0,884 Nu¥ = 4,8 для граничных условий первого рода (температура на стенке трубы постоянна), что весьма близко к полученному расчетному значению. Для ламинарного течения жидкости в трубах [17] предлагает следующее выражение для числа Нуссельта: Nu = 1,86 · Re1/3 · Pr1/3 · (L / dэ)-1/3 · (m ст / m ж)0,14 (2.16) Nu = 1,86 · 4650,33 · 510,33 · (50 / 0,0236)-0,33 · (4810 · 10-6 / 6514 · 10-6)0,14 = 4,0 т.е. Nu ³ 3,66 при Re · Pr = 23715 >> 100 В соответствии с таблицей 3-8 для граничных условий 1-го рода Nu¥ = 4,86. Таким образом, расчеты подтверждают приближение расчетных значений Nu к значениям Nu¥ для граничных условий первого рода.
По результатам определения числа Нуссельта для вязкостно-гравитационного режима ламинарного течения жидкости в кольцевом канале вертикального грунтового теплообменника по двум источникам можно сделать вывод о том, что полученные данные имеют различие в ~11% и примерно соответствуют условиям теплообмена бесконечной трубы при граничных условиях первого рода (температура стенки теплообменника является постоянной). Принимаем для дальнейших расчетов на режиме кондиционирования Nu = 4,3. Коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя: a = Nu · l / dэ (2.17) a = 4,3 · 0,461 / 0,0236 = 84 (Вт/м2 · °С)
Режим теплоснабжения
При работе на режиме теплоснабжения тепловая мощность CCHTГ Q 0 = 1000 (кВт). Тепловая мощность одной термоскважины: Q 1 = Q 0 / n (2.18) Q 1= 1000 / 89 = 11,2 кВт Объемный расход теплоносителя: Gv = Q 1 / (r · Cp · D t) (2.19) Gv = 11,2 / {1045 · 3,57 · [(-3) - (-6)]} = 0,001 м3/c где r - плотность теплоносителя (кг/м3); Cp - удельная теплоемкость теплоносителя (кДж/кг·К); D t - разность температур теплоносителя (°С). Температуры входа и выхода теплоносителя в термоскважине на режиме теплоснабжения, соответственно t 1 = -3 °С и t 2 = -6 °С. Скорость теплоносителя в кольцевом канале: V = Gv / fk (2.20) V = 0,001 / 0,007 = 0,14 м/с Критерий Рейнольдса: Re = V · dэ / v (2.21) Re = 0,14 · 0,0236 / (6,29 · 10-6) = 525 << 2000 что позволяет сделать вывод о том, что режим течения теплоносителя в кольцевом канале ламинарный. Критерий Пекле: Pe = V · dэ / a = Re · Pr (2.22) Pe = 525 · 51 = 26775 В соответствии с критерий Нуссельта (безразмерный коэффициент теплоотдачи) в условиях течения жидкости в кольцевом канале при теплообмене только через наружную стенку трубы в условиях ламинарного течения при вязкостно-гравитационном режиме будет равен: Nu = {3,66 + [0,0668 · (Pe (dэ / L))] / [1 + 0,04 · (Pe (dэ / L))2/3]} e1 · y1 (2.23)
Nu = {3,66 + [0,0668 (26775 (0,0236 / 50))] / [1 + + 0,04 (26775 (0,0236 / 50))2/3]} · 1 · 1,04 = 4,5 В соответствии с [17] для ламинарного течения жидкости в трубах предлагается следующее выражение для числа Нуссельта: Nu = 1,86 · Re1/3 · Pr1/3 · (L / dэ)-1/3 · (m ст / m ж)0,14 (2.24) Nu = 1,86 · 5250,33 · 510,33 · (50 / 0,0236)-0,33 · (4810 · 10-6 / 6514 · 10-6)0,14 = 4,1 Имея в виду то, что различные формулы расчета дают разницу около 8 %, ориентируясь на предельные значения для данного случая при граничных условиях первого рода, принимаем Nu= 4,3. Тогда коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя: a= Nu · l / dэ (2.25) a= 4,3 · 0,461 / 0,0236 = 84 Вт/м2 · °С Основываясь на результатах расчетов, можно сделать вывод о том, что коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя для обоих режимов работы ССНТГ (теплоснабжение и кондиционирование) имеет одинаковые значения:
a cp = 84 Bт/м2 · °C
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-01-19; просмотров: 143; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.238.79.169 (0.129 с.) |