Расчет системы отопления культивационных сооружений

http://www.greenhouses.ru/raschet-sistemy-otopleniya-teplic

Конспект лекций В.В.Климова по энергетике теплиц,
предоставлен экспертом ассоциации овощеводов Латвии
"Latvijas dārznieks",
уважаемой Марите Гайлите
для сайта GreenHouses.ru

1. Определение необходимой мощности системы отопления

Для этого

1. рассматривается период минимального прихода тепла извне, то есть экстремальные условия.
2. ночной период
3. самые холодные сутки года
4. Т возд.мин. 15оС
5. Т почв.мин. 18оС

Q сист.отоп. = Q огр. + Q инф. +/- Q почв.

Q инф. – потери тепла за счет вентиляции через различные щели и т.д.

На обогрев почвы затрачивается около 5% всего тепла, поэтому в дальнейших расчетах для простоты Q почв. опускается.

Q сист.отоп. = Q огр. + Q инф.

Q огр. = k_т х S огр(Твн – Тнар)

где

k_т – коэффициент теплопередачи (Вт/м2 град)

k_инф =1,25 (коэффициент инфильтрации)

(Твн – Тнар) – так называемая дельта Т, разность температур внутри и снаружи теплицы (оС)

Q сист.отоп. = k_инф х k_т х S огр(Твн – Тнар)

Значения коэффициента теплопередачи

Вид ограждения	kт
Стекло с металлическими шпросами	6,4
2 слоя стекла с металлическими шпросами	3,3
Одинарное пленочное покрытие (сухая пленка)	10
Одинарное пленочное покрытие (конденсат на пленке)	7,5
Двухслойное пленочное покрытие (сухая пленка)	5,8
Двухслойное пленочное покрытие(конденсат на пленке)	4,6
Бетонный цоколь	2,0

Примеры расчетов.

1) Расчет теплопотерь остекленной теплицы площадью (S) 1000 м2 (проект 810-24), Т вн. = 18оС, Т нар.=3оС

Решение:

S огр. = k_огр х S_{инвентарная}

k_огр = 1,5 (для блочных теплиц)

k_т = 6,4 (табличные данные)

(МГ : для нетиповых теплиц следует сразу рассчитывать площадь поверхности теплицы, как сумму всех поверхностей, и не заморачиваться с коэффициентом ограждения.)

Q огр. = 6,4 х 1,5 х 1000 х (18-3) = 144 000 Вт = 144 кВт

Q огр. + Q инф.= 144 х 1,25 = 180 кВт

При k_огр = 1,4

Q огр. + Q инф.=168 кВт

(МГ: то есть, чем ниже коэффициент ограждения( больше блочная теплица), тем меньше теплопотери)

2) Расчет необходимого Q сист.отоп. стеклянного ограждения блочной теплицы для условий Москвы, Т расч = -31оС

Q сист.отоп. = k_инф х k_т х S огр х (Твн – Тнар)

Q сист.отоп. = 1,25 х 6,4 х 1,5 х 1000 х (15- (-31)) = 552 кВт

При k_огр = 1,4

Q сист.отоп. = 515,2 кВт

3) Насколько загружена система отопления (то есть должна снижаться температура воды)?

180 : 552 х 100 = 32,6%

2. Выбор типа системы отопления

Для отопления теплиц применяются:

• Трубная система отопления
• Воздушно-калориферная
• Комбинированная 50% : 50 %

Трубы отдают часть тепла в виде излучения, а часть конвективно.

Калориферы все тепло отдают конвективно, то есть тепло от труб ближе к естественному солнечному обогреву. В типовых (МГ: Антрацитовских) теплицах 8-9 кг/м2 масса самих конструкций и 14-18 кг/м2 масса труб.

В типовом проекте 810-82 заложена комбинированная система.

При использовании калориферов расход металла снижается в 4-5 раз.

Совмещенный обогрев совмещается с элементами конструкции теплицы. Совмещено – комбинированный обогрев применялся в теплицах Овощной опытной станции им. В.И.Эдельштейна, но в современных комбинатах, построенных по типовым проектам, уже не применяется.

Коэффициент теплопередачи – количество тепла, передаваемое через единицу поверхности в единицу времени при разности температур в 1 градус.

Продолжение примера расчетов

Расчет трубной системы отопления заключается в определении диаметра труб и их длины.

4) пример расчета трубной системы при температуре входящей воды 90оС, выходящей из теплицы 75оС

Q сист.отоп. = k _т.тр. х S отоп. (t_вн – t _н)

k _т.тр. – коэффициент теплопередачи труб. Для гладких труб k _т.тр. = 12 Вт/м2 х град

S отоп. – площадь поверхности труб

t_вн – ср. температура воды в системе (здесь = (90+75) :2)

552 000 = 12 х S отоп. х (82,5 – 15)

S отоп = 552000 : (12 х 67,5) = 681,48 м2

180 000 = 12 х 681 х (Х – 18)

(Х – 18) = 180 000 : (12 х 681)

Х = 40оС

Перепад температур должен быть в пределах 20…25оС, то есть около 50/30, чтобы при t _н = 3оС в теплице было +18оС.

5) Расчет системы отопления для типового проекта 810-99 (k_огр = 1,22) для условий Москвы (t_мин = -31оС)

Q сист.отоп. = 1,25 х 6,4 х 10 000 х 1,22 х (15 –(-31)) = 4489,6 кВт/га

Для всего шестигектарника (МГ: в данном случае не учитываются теплопотери соединительного коридора)

Q огр.= 1,22 х 60 000 х 6,4 х 46 = 21,55 мВт

Q инф. = 0,25 х 1,22 х 60 000 х 6,4 х 46 = 5,38 мВт

Q сист.отоп. = 21,55 + 5,38 = 26,93 мВт

Теплопотери через цоколь

k _т для бетона 2 Вт/м2 х град

высота цоколя 0,30 м

размеры гектарной теплицы 75 х 141 м, сторона, прилегающая к коридору, не учитывается

S цок = 0,3(75 + 141 + 141) = 107,1 м2

Q цок. = k _т. х S цок х  (t_вн – t _н) = 2 х 107,1 х 46 х 6 = 59119 Вт = 0,06 мВт

3. Расчет элементов системы отопления

Расчет теплопотерь через почву (по методике для теплиц без почвенного обогрева).

Теплопотери через почву меньше всего в центре проекции теплицы и возрастают по направлению к периметру. Вся площадь теплицы условно делится на 4 зоны (см. рисунок) с шагом 2 м

При этом значения коэффициентов теплопередачи для каждой зоны следующие:

k _{т 1}= 0,465

k _{т 2}=0,232

k _{т 3}=0,116

k _{т 4}=0,07

Площадь каждой зоны в данном случае следующая:

S 1 = 141 х 2 х 2 + (71-4) х 2 х 2 = 832 м2

S 2 = (141-4) х 2 х 2 +(71 –8) х 2 х 2 = 800 м2

S 3 = (141-8) х 2х 2 + (71-12) х 2 х 2 = 768 м2

S 4 = 10000 – 832 – 800-768 = 7600 м2

Q почв. 1 = 0,465 х 832 х 46 = 17,8 кВт

Q почв. 2 = 0,232 х 800 х 46 = 8,5 кВт

Q почв. 3 = 0,116 х 768 х 46 = 4,1 кВт

Q почв. 4 = 0,07 х 7600 х 46 = 2,4 кВт

Q почв. = 17,8 + 8,5 + 4,1 + 2,4 = 32,8 кВт = 0,032 мВт/га

Q почв. сум = 0,032 х 6 = 0,2 мВт

Виды теплопотерь, мВт	значение	% от общего
Через ограждение	21,55	79,3
Через инфильтрацию	5,38	19,8
Через цоколь	0,06	0,2
Через почву	0,2	0,7
В сумме	27,19	100%

Трубная система отопления

Какова должна быть поверхность системы обогрева?

Q общ. = k т х S (tср – tн)

S = Q общ./ k т х (tср – tн)

k т = 12 Вт/м2 х град

Q общ.= Q потерь = 27,19 мВт = 27 190 000 Вт

Вода от котельной 95/70 оС

S = 27 190 000 /12 х ((95+70):2 –15) = 27 190 000 /810 = 33 568 м2

Сколько км труб необходимо для 6-гектарного блока?

2 дм труба имеет поверхность 1 м = 0,18 м2

33 568 : 0,18 = 186 488 м = 186,5 км

1 пог м = 4,5 кг металла

1 дюйм = 2,54 см

Расположение труб отопления

50% труб располагаются в зоне растений

3 системы: надпочвенный, боковой, кровельный (МГ: как уже говорилось, сегодня различают еще и подпочвеный, и вегетационный (ростовая труба))

Боковой и кровельный обогрев жестко присоединены к магистрали, надпочвенный (М.Г.: и ростовые трубы) подсоединен с помощью гибких шлангов. Диаметр магистральной трубы 219 мм внешний и 200 мм внутренний.

Конвекторы и оребренные трубы (МГ: оребренные трубы очень трудно мыть и дезинфицировать)

Чем выше параметры теплоносителя, тем больше отдача тепла и меньше расходы металла. Применяются пластиковые и стеклянные трубы. (МГ: я видела стеклянные трубы в производстве, главный недостаток – тракторист, не вписавшийся в поворот, вдребезги разносит всю систему. Починить трудно.)

Подпочвенный обогрев

От стоек теплицы отступают 400 мм, потом шаг раскладки труб подпочвенного обогрева 800 мм. На стандартную секцию шириной 6,4 м (Антрацит) укладывают 8 труб. Для обогрева почвы нельзя использовать металлопластиковые трубы.

В ангарных теплицах применяют контурный обогрев. Подпочвенный обогрев не нужен только в теплицах с водонаполненной кровлей (МГ: в производство такая конструкция не пошла, но одно время испытывалась на Овощной станции ТСХА), так как вода излучает тепло и не дает выхолаживаться почве.

Распределение труб в теплице.

В целом 45 км /га, 6 труб боковое отопление (2592 м, отдельный стояк), регистры (калачи) длиной 36/ 72 м.

Надпочвенный обогрев 12 672 м

Подкровельный обогрев 45 – 12,6 – 2,5 = 29,9 км

При пролете длиной 75 м получается 1359 м на пролет (22 пролета в стандартной Антрацитовской теплице) или 18 труб.

Это создает значительное затенение, поэтому по 2 трубы с кровли (4 с пролета), то есть 6,6 км, добавили вниз к стойкам для надпочвенного обогрева.

Вверху осталось 14 труб.

Распределение труб по системам отопления

Наименование	количество труб	% от общего
Боковой обогрев	2,5 км	5,6
Надпочвенный	18,6 км	41,6
Кровельный	23,6	52,8
Всего	44,7	100 %

 

Газообразные топлива

http://www.rosteplo.ru/Npb_files/npb_shablon.php?id=1562

Эквиваленты газообразного топлива¹

Таблица 10

В Из тысяч куб. м2	Гигаджоули	Миллион БТЕ	Мегаватт-часы	Гигакалории	Баррели нефти	Тонны угольного эквивалента	Тонны нефтяного эквивалента
	умножить на
Природный газ	39,02	36,98	10,84	9,32	6,50	1,331	0,932
Коксовый газ	17,59	16,67	4,88	4,20	2,94	0,600	0,420
Доменный газ	4,00	3,79	1,11	0,96	0,66	0,137	0,096
Нефтезаводской газ3	46,1	43,7	12,8	11,0	7,69	1,571	1,100
Заводской газ	17,59	16,67	4,88	4,20	2,94	0,600	0,420
Биогаз	20,0	19,0	5,6	4,8	3,36	0,686	0,480
Метан	33,5	31,7	9,30	8,0	5,59	1,143	0,800
Этан	59,5	56,3	16,5	14,2	9,92	2,029	1,420
Пропан	85,8	81,3	23,8	20,5	14,33	2,929	2,050
Изобутан	108,0	102,0	30,0	25,8	18,0	3,686	2,580
Бутан	111,8	106,0	31,0	26,7	18,6	3,814	2,670
Пентан	134,0	127,0	37,2	32,0	22,36	4,571	3,200

Примечание: Кубические метры могут быть получены из единиц, представленных в колонках, путем деления на коэффициенты пересчета, указанные в таблице. 1 куб.м. = 35,31467 кубического фута. Например, перевод объема природного газа, выраженного в ТДж, тысячи кубических метров: ГДж/39,02 = тыс. м³.

¹ Все теплотворные способности соответствуют низшей теплотворной способности.

² При стандартных условиях. Для перехода от стандартных условий к стандартной температуре и давлению умножить на 1,0757.

³ Для перехода от заводского газа в тераджоули к весовой основе в метрических тоннах используется коэффициент 0,02388.

http://www.rosteplo.ru/Npb_files/npb_shablon.php?id=1562

 Приказ ФСТ России от 27.02.2013 N 38-э/3 "Об утверждении оптовых цен на газ, используемых в качестве предельных минимальных и предельных максимальных уровней оптовых цен на газ, добываемый ОАО "Газпром" и его аффилированными лицами, реализуемый потребителям РФ, указанным в пункте 15.1 Основных положений формирования и государственного регулирования цен на газ и тарифов на услуги по его транспортировке на территории РФ, утвержденных Постановлением Правительства РФ от 29 декабря 2000 г. N 1021"

http://www.rg.ru/2013/03/22/gazz-dok.html