Transcript EPGEP_7.ppt

Nyomástartás
A változó tömegáramú keringetés
gazdasági előnyei
Távhővezeték hővesztesége
Kritikus hőszigetelési vastagság
Feladatok
Hőszállítás
Épületenergetika B.Sc. 6. félév
2009. március 23.
Nyomástartás
A nyomástartás feladata, hogy a zárt hidraulikai
körökben a sztochasztikus nyomásviszonyok
helyett a nyomásmező irányítottan, előre
tervezhető módon alakuljon ki, és ez az állapot
üzem
közben,
üzemszünetben,
valamint
tranziens
viszonyok
között
egyaránt
folyamatosan, adott tűrési értékek között, kellő
üzembiztonsággal fennálljon.
A nyomástartást befolyásoló tényezők
• a folyadéktöltet rugalmassági viszonyai
• a határolószerkezetek rugalmassági viszonyai
• a folyadéktöltetben és a határolószerkezetekben az instacioner hőmérséklet-viszonyok
miatt fellépő térfogatváltozások
• folyadékveszteségek
• a hálózat nyomásvesztesége
• domborzati viszonyok
Távfűtési hőszállító vezetékek
nyomástartásának speciális követelményei
• Minden időpontban és a hálózat minden pontjában
(értelemszerű kivétel a statikus nyomástartás esetleges
gőzpárnája) akadályozza meg a gőzfázis képződést. Vagyis
minden időpontban, illetve üzemállapotban és a hálózat
minden pontjában nagyobb legyen a nyomás, mint az adott
pontban a hőszállító közeg maximális hőmérsékletéhez tartozó
telítési nyomás.
• Egyetlen üzemállapotban és a hálózat egyetlen pontjában sem
szabad a maximálisan megengedett üzemi nyomást túllépni.
• A nyomástartó berendezésnek kompenzálnia kell a hőszállító
közegben üzemben, illetve üzemszünetben bekövetkező
térfogatváltozásokat (kontrakció, expanzió, vízveszteség,
víznyereség).
A nyomástartás módjai és berendezései
• statikus nyomástartás
– gázpárna
• nyitott
• közvetlen kapcsolat a folyadékfelszín és a gázpárna között
• membrános
– gőzpárna
• saját gőz
• idegen gőz
• dinamikus nyomástartás
– szivattyús
– kompresszoros
A nyomástartás kapcsolása szerint
• alsópontos nyomástartás (nyomott)
• felsőpontos nyomástartás (szívott rendszer)
• közbensőpontos (műpontos) nyomástartás
KT
KS
H
PS
Alsópontos statikus nyomástartás
F
H
KS
PS
Alsópontos dinamikus nyomástartás
F
KT
H
PS
KS
Felsőpontos statikus nyomástartás
F
H
PS
KS
Felsőpontos dinamikus nyomástartás
F
H
KT
KS
PS
Közbenső (műpontos) statikus nyomástartás
F
H
KS
PS
Közbenső (műpontos) dinamikus nyomástartás
F
Különböző nyomástartási megoldások nyomásdiagramja
1000
900
800
nyomvonalhossz (m)
700
előremenő, felsőpontos
600
visszatérő, felsőpontos
500
előremenő, alsópontos
visszatérő, alsópontos
400
előremenő, műpontos
300
visszatérő, műpontos
200
nyomástartás
100
0
0
100
200
300
400
500
nyomás (kPa)
600
700
800
900
1000
Változó tömegáramú távhőhálózat
fordulatszám-szabályozott szivattyúval
Szigetelt cső hőátbocsátási tényezője
dt
dt

Q   F
 2rl
dr
dr
Q dr
 dt 
2l r
Q
t 
ln r  C
2l
az r = r1→ t = t1 peremfeltételből:
Q
 t1 
ln r1  C
2l
Q
r
t1  t 
ln
2l r 1
Q
C  t1 
ln r1
2l
t1  t 2

Q  2 l 
r2
ln
r1
hőátadás a cső belső és külső felületén:
Q   b 2r0l (t0  t1 )
Q   k 2rk l (tn  tk )
Q
(t0  t1 ) 
 b 2r0l
Q
(tn  tk ) 
 k 2rk l
a külső és belső hőmérséklet közötti különbség:
n 1
t  ti  t0  t1    ti 1  ti   t n  tk 
1
n 1
ri 1
Q
Q
Q
t  ti 

ln

 b 2r0l 1 2l ri  k 2rk l
n 1

ri 1
Q
Q
Q
t  ti 

ln

 b 2r0l 1 2l ri  k 2rk l
A vezetékmenti hőátbocsátási tényező
1 méter hosszú vezetékszakasz hőleadása 1°C
hőmérsékletkülönbség esetén; [kl]=W/mK
Q  kAt  klDt  kl lt
kD  kl
Q  kAt  kl lt
Q
ql   kl t
l
Q
 kl
lt
n 1



ri 1
Q
Q
Q
t  ti 

ln

 b 2r0 l
ri
 k 2rk l
1 2 l
n 1
ri 1
1
lt
1
1
1
  

ln

kl
Q
 b 2r0 
ri
 k 2rk 
1 2
kl 
1
n 1
ri 1
1
1
1

ln

 b 2r0 
ri
 k 2rk 
1 2 
A forróvíz lehűlésének számítása
Politropikus, súrlódásos, kívülről fűtött vagy hűtött
stacionárius áramlás állandó áramlási keresztmetszetű
csőben
A mozgási egyenlet:
Euler-egyenlet:
dw
dp
 2
w
 
w
dz
dz
2D
 wi
wi 
p  i, j


 wj


 g

x j 
xi x j
 
w
1
 ( w) w   gradp  g


dw
dp  2
w
 v 
w
dz
dz 2 D
Az energiaegyenlet:
d 
w2  q
 u  pv 
 
dz 
2  m
Differenciálva:
du dp
dv
dw
 v p w

dz dz
dz
dz
q
m
Mivel a közeg összenyomhatatlan, ezért
dv
p 0
dz
du dp
dw q
 vw

dz dz
dz m
így
A mozgási egyenletet az energiaegyenletbe
helyettesítve
du  2 q
dz
Mivel u = c T, ezért
Ha

2D
w 
m
dT  2 
m c

w V  q
dz 2 D
q  kU (T  Tk )  q  kUt
akkor
d t   2 
m c

w V  kUt
dz
2D
A peremfeltétel:
z=0
t  t0
d t 
 2 kU

w 
t  A  B t
dz
2 Dc
m c
A differenciálegyenlet a szétválasztás után
d t 
 dz
A  Bt
ln( A  Bt )   Bz  C
A  Bt  Ce
A peremfeltételből
C  A  BΔt0
 Bz
A C  Bz
t   e
B B
A C
t0  
B B
A A  Bt0 Bz 
A
A
t z   
e   t0   e  Bz 
B
B
B
B

kU
2
2

z


w m
w m
c
m
e

t z    t0 
2 DkU 
2 DkU

70
60
50
hőmérséklet C
t
t külső
40
t vége
30
20
10
0
0
5000
10000
15000
távolság m
20000
25000
t
q  kl t 
R
R
1
kl 
R
d
D
1
1
1
D
1
1

ln k1 
ln 1 
ln k1 
 b1  d1   21 d1 2szig1 d k1 2burk1 D1  k1  Dk1  
d k1
Dk1
1
1
1
D1
1
1
R1 

ln

ln

ln

 b1  d1   21 d1 2szig1 d k1 2burk1 D1  k1  Dk1  
R2 
d
D
1
1
1
D
1
1

ln k 2 
ln 2 
ln k 2 
 b 2  d 2   22 d 2 2szig2 d k 2 2burk2 D2  k 2  Dk 2  
A védőcsatorna egyenértékű átmérője:
4A 4 a b
De 

K 2(a  b)
Ezzel a talaj hővezetési ellenállása:

1
2h

Rt 
ln

2t  De


 2h 

  1

 De 

2
A védőcsatorna hőmérlege:
q1  q2  qt  q szell
(t1  tcs ) (t 2  tcs ) (tcs  tt ) 


 V    c (tcs  t k )
R1
R2
Rt
t1  R2  Rt  t 2  R1  Rt  tt  R1  R2  R1  R2  Rt V    c  t k
tcs 
R2  Rt  R1  Rt  tR1  R2  R1  R2  Rt V    c
(t1  tcs ) (t 2  tcs )
q  q1  q 2 

R1
R2
Közvetlen fektetésű távvezeték-pár hővesztesége
A távvezetéki hőveszteség aránya a szállított
hőmennyiséghez
A számítást kétféle fektetési mód felvételével végeztük el:
ISOPLUS köpenycsöves fektetés
Vasbeton védőcsatornában vezetett távvezetékpár
A távvezeték mérete:
Külső csőátmérő:
219 mm
Belső csőátmérő:
211 mm
A hőszigetelés külső átmérője:
ISOPLUS:
301 mm
Védőcsat.:
319 mm
Fektetési mélység:
1,2 m
A számításokat 1000 m hosszú vezetékre végeztük el.
A hőszigetelés hővezetési tényezője
ISOPLUS:
0,027 W/m,K
Védőcsat.:
0,27 W/m,K üzemi hővez. tény
Vízsebesség, m/s
Éves hőveszteség, GJ/év,
illetve arány, %
Éves szállított
hőmennyiség, GJ/év
Vb. védőcsatorna
ISOPLUS
0,5
52 346,8
1,0
104 693,5
1,5
157 040,3
2,9
1531,8
1,5
1,0
12,0
6291,7
6,0
4,0
A számítást a védőcsatornában vezetett távvezeték esetében tervezési hővezetési tényezőre is
elvégeztük (0,045 W/m,K), és az eredmény alig tér el az ISOPLUS fektetésre kapott értékektől.
A hőszigetelés kritikus vastagsága
fajlagos hőátbocsátási tényező:
a szigetelés vastagságával befolyásolható:
szélsőérték:
Például:
ha αk=10 W/m2K; λszig=0,04 W/mK
ha αk=10 W/m2K; λszig=1 W/mK
→Dkrit=0,008 m
→Dkrit=0,2 m
A fajlagos hőátbocsátási tényező változása a szigetelés
vastagságának függvényében, különböző hővezetési tényezőkre
5
fajlagos hőátbocsátási tényező (W/mK)
4,5
4
λ=0,05
3,5
λ=0,4
3
2,5
λ=0,8
2
1,5
λ=1,5
1
0,5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
szigetelési vastagság (cm)
Köszönöm
a
figyelmet!