|
|
Главная страница -> Технология утилизации
Расчет сопротивления теплопередаче многослойных ограждающих конструкций. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов.Н. Лисев, директор ОАО -Тепломаш По прогнозам мирового энергетического комитета, к 2002-му году 75% теплоснабжения в развитых странах будет обеспечиваться тепловыми насосами Наиболее широко они применяются в США, Японии, Канаде, Скандинавских странах. Ряд стран Западной Европы, отстающих в этом направлении (Швейцария, Германия), принял национальные программы, в рамках которых обеспечивается государственная поддержка фирмам, производящим и применяющим тепловые насосы. В России сейчас работает более 70 тепловых насосов суммарной мощностью около 50 МВт. Наибольший стаж и объем выпущенных тепловых насосов мощностью от 10 до 3000 КВт у совместно работающей группы ЗАО -Энергия? (Новосибирск) и ОАО -Тепломаш? - дочернего общества ОАО -Кировский завод?. В Петербурге первый тепловой насос мощностью 80 КВт был введен в действие для отопления одного из цехов Кировского завода в 1991 году по программе научно-технического сотрудничества завода и Сибирского отделения Академии наук. Впоследствии подразделения, занимавшиеся этой темой, были преобразованы в ОАО -Тепломаш? и ЗАО -Энергия?. Тепловые насосы, изготовленные и смонтированные этой группой -под ключ?, работают на Камчатке, на Алтае, в Новосибирской области. Два насоса мощностью по 3000 КВт были поставлены в Литву. Реализуются специальные губернаторские программы теплоснабжения на базе таких насосов в Новосибирской области и Красноярском крае. Освоен выпуск тепловых насосов с приводом от двигателей внутреннего сгорания, в том числе работающих на газе. Прорабатывается вариант использования тепловых насосов для теплоснабжения малоэтажных жилых комплексов в Петербурге, где такие насосы особенно эффективны, поскольку там применяется низкотемпературная система отопления. В настоящее время совместно с институтом -Ленгипроинжпроект? рассматривается возможность применения тепловых насосов на очистных сооружениях Сестрорецка, что могло бы одновременно решить две задачи: экологическую (снижая температуру сбрасываемой в залив воды) и энергосберегающую (обеспечивая теплоснабжение близлежащих объектов). В Кировском районе Петербурга прорабатывается интересный вариант теплоснабжения новых зданий с использованием тепла обратной воды, проходящих вблизи теплотрасс ТЭЦ. В этих случаях тепловые насосы исключительно эффективны. В России сейчас выпускаются тепловые насосы всего мощностного диапазона по цене вдвое более низкой, чем у аналогичных зарубежных насосов. Конкурентоспособны они и по своему техническому уровню. Производственные мощности только ЗАО -Энергия? и ОАО -Тепломаш? позволяют при необходимости увеличить выпуск тепловых насосов в десять раз и поднять единичную мощность до 30000 КВт. Почему же при несомненной экономической эффективности и экологической привлекательности тепловые насосы в России внедряются с трудом? Во-первых, соотношение цен на тепловую и электрическую энергию в России и развитых странах прямо противоположное. В России электрическая энергия значительно дороже тепловой, а на Западе - дешевле. Это обстоятельство снижает эффективность тепловых насосов, в которых преобладают электрические приводы на компрессор. Но уже наметилась тенденция к сближению цен. Во-вторых, в России традиционно используются высокотемпературные системы отопления, а, как известно, с ростом температурного перепада на тепловом насосе коэффициент преобразования и, соответственно, эффективность снижаются. Следует отметить, что при строительстве современных энергосберегающих зданий сейчас все чаще применяются низкотемпературные системы. В-третьих, отсутствует развитая сервисная служба, которая может быть организована только при достаточном количестве эксплуатируемых тепловых насосов. Наконец, пожалуй, определяющее - это отсутствие действенной государственной и региональной политики в области энергосбережения. Пример Швейцарии и Германии свидетельствует, что даже в странах с развитой рыночной экономикой успешная реализация крупных программ осуществляется при государственном участии. В наших условиях, при нехватке свободных средств у производителя и у заказчика, особенно важны координация усилий и концентрация средств на приоритетных направлениях. Необходимые составляющие такого подхода к решению проблем - открытость программ, их обсуждение и экспертиза, привлечение исполнителей на конкурсной основе. Принимаемые в последнее время Комитетом по энергетике и инженерному обеспечению администрации города меры по реализации программы энергосбережения в Петербурге на этапе организации учета энергопотребления демонстрируют именно такой подход. Научный и производственный потенциал Петербурга позволяет успешно реализовать этап программы энергосбережения, связанный с внедрением тепловых насосов.
Дмитрий Андреев Математическое и программное обеспечение ЭВМ, комплексов и компьютерных сетей, 1 курс аспирантуры Научный руководитель д.т.н. А.М. Цирлин В работе предложена методика расчета сопротивления теплопередаче многослойных строительных конструкций, содержащих отражающую изоляцию. Учитывается фактор теплообмена ограждающей конструкции с внешней средой и фактор конвективного и лучистого теплообмена в вертикальных воздушных прослойках. Тепловое поле является однородным и стационарным. 1. Введение Появление новых изоляционных материалов и их использование в строительстве дает новые возможности проектирования новых и модернизации существующих ограждающих конструкций. Эти конструкции могут состоять из нескольких слоев различных материалов, содержать как массивную, так и отражающую изоляцию, наличие которой требует присутствия воздушной прослойки между слоями алюминиевой фольги и массивной изоляции. Так как в воздушных прослойках теплообмен происходит иначе, нежели в телах твердых и сыпучих, то аналитический расчет ограждений невозможен. Ниже рассмотрена методика численного итеративного расчета многослойных строительных конструкций, содержащих отражающую изоляцию. 2. Постановка задачи Рассмотрим ограждающую конструкцию, показанную на рис. 1. Здесь обозначены через tв и tн температуры внутреннего и наружного воздуха; t в и t н – температуры на внутренней и наружной поверхностях ограждающей конструкции; t i – температура на границе i-го и (i+1)-го слоев; q – тепловой поток, [Вт]. Температуры измеряются в градусах Кельвина. Задача состоит в том, чтобы рассчитать профиль температур {t i} и сопротивление теплопередаче ограждения R0, [м2 К / Вт]. Исходные данные следующие: граничные условия третьего рода, то есть температуры tв и tн, [K]; толщины слоев d i, [м]; коэффициенты теплопроводности материалов слоев l i, [Вт / м K], коэффициенты теплоотдачи a в и a н, [Вт / м2 K], среды внутри и снаружи конструкции. 3. Процедура исследования 3.1. Температурный профиль и сопротивление теплопередаче Тепловой поток от наружного воздуха к внутренней поверхности ОК и от наружной поверхности ОК к наружному воздуху определяют по формулам [Арнольд и др.,1979]: (1) (2) Тепловой поток, прошедший сквозь слой массивной изоляции определяется по формуле [Арнольд и др., 1979]: (3) где i = 1…n. Для слоя отражающей изоляции тепловой поток распадается на две составляющие: q = qлуч + qконв [Фокин, 1959]. Пусть у нас слой с номером i – отражающий, тогда для него имеем (4) где l в.п. – коэффициент теплопроводности воздуха, [Вт / м K]; d в.п. – толщина воздушной прослойки, [м]. В отличие от обычного коэффициента этот коэффициент величина не постоянная, а зависит от толщины прослойки и разности температур на поверхностях прослойки. Приближенно его значение можно найти по формуле: (5) где D t = t i-1 – t i. Эта формула составлена методом аппроксимации эмпирических данных, поэтому справедлива для значений D t , изменяющихся в диапазоне от 1 до 30 [K], и для значений d , изменяющихся в диапазоне от 1 до 25 [см]. Данные, по которым проводилась аппроксимация, приведены в таблице 1 [Фокин, 1959]. Лучевая составляющая теплового потока [Фокин, 1959] (6) где a луч – коэффициент теплоотдачи излучением, [Вт / м2 K], вычисляемый по формуле: (7) Таблица 1. D t , [K] Значения l в.п., [Вт / м K], при d в.п., [м] 0,01 0,02 0,3 0,05 0,07 0,1 0,12 0,15 0,2 0,25 1 0,023 0,024 0,034 0,049 0,063 0,081 0,093 0,112 0,14 0,163 2,5 0,023 0,031 0,042 0,062 0,079 0,104 0,117 0,14 0,174 0,206 5 0,024 0,037 0,05 0,073 0,094 0,123 0,141 0,166 0,207 0,241 10 0,026 0,044 0,059 0,087 0,112 0,145 0,165 0,198 0,248 0,297 15 0,028 0,049 0,065 0,097 0,123 0,16 0,184 0,219 0,274 0,321 20 0,03 0,052 0,071 0,104 0,133 0,173 0,198 0,235 0,294 0,345 25 0,033 0,056 0,074 0,109 0,141 0,183 0,209 0,249 0,312 0,365 30 0,034 0,058 0,078 0,115 0,147 0,191 0,221 0,261 0,326 0,383 Здесь С – коэффициент, зависящий от отражательных свойств стенок воздушного промежутка, [Вт / м2 K]: (8) где Ci-1 и Ci – коэффициенты излучения поверхностей воздушной прослойки, [Вт / м2 K4]; Cs – коэффициент излучения абсолютно черного тела (5,7 [Вт / м2 K4]). Таким образом, для слоя отражающей изоляции имеем тепловой поток (9) Выражение l в.п. + a лучd в.п. назовем эквивалентным коэффициентом теплопроводности воздушной прослойки и обозначим l э [Фокин, 1959]. Для того, чтобы найти профиль температур t в, t н и {t i} ограждающей конструкции, состоящей из n слоев, нужно решить систему уравнений: (10) Так как количество уравнений, (n+2), не совпадает с количеством неизвестных величин, (n+3), то система (10) решается численно методом итераций. Термическое сопротивление RK, [м2 K / Вт], многослойной ограждающей конструкции определяется как сумма термических сопротивлений отдельных слоев [СНиП, 1998]: (11) где Ri = d i / l i – термическое сопротивление слоя массивной изоляции, [м2 K / Вт]. Для воздушной прослойки Ri = d в.п. / l э. Сопротивление теплопередаче R0, [м2 K / Вт], ограждающей конструкции следует определять по формуле [СНиП, 1998]: (12) 3.2. Метод итераций Имеется система уравнений (10) с (n+2) уравнениями и (n+3) неизвестными: {t i} (i = 1,…,n-1), t в, t н и l э. Метод заключается в следующем: 1. Считаем слой отражающей изоляции воздушным и l э = l в.п. = 0,025 [Вт / м K] (это справочное значение при (t i-1 – t i) /2 = 283 [K]). 2. Решаем систему (10) и получаем {RiO} (i = 1,…,n), {t jO} (j = 1,…,n-1), t вО, t нО, qO – первое приближение. 3. Учитываем qлуч и qконв для слоя отражающей изоляции и находим l э. 4. Снова решаем систему (10) и получаем следующее приближение {Ri1} (i = 1,…,n), {t j1} (j = 1,…,n-1), t в1, t н1. При этом R01 < R00 и q1 > q0. 5. Если R01 – R00 < e (значение e можно взять равным 0,0001), то расчет окончен, в противном случае переходим к шагу 3. 4. Результаты С помощью программного комплекса “Энергосбережение в строительстве” были проведены расчеты двух конструкций. При этом характеристики материалов брались в условиях эксплуатации “Б” [СНиП,1898], коэффициенты a в и a н равными 8,7 [Вт / м2 K] и 23 [Вт / м2 K] соответственно [СНиП, 1998] и температуры tв, tн равными +18 [0С] и –26 [0С]. 4.1. Конструкция 1 Расположение слоев следующее: 1. Листы облицовки, d = 1 [см], l = 0,21 [Вт / м K]. 2. Воздушная прослойка, d = 1 [см]. 3. Фольга из полированного алюминия, коэффициент черноты 0,05 [Вт / м2 K4]. 4. Пенополиуретан, d = 4 [см], l = 0,04 [Вт / м K]. 5. Кирпичная кладка, d = 51 [см], l = 0,81 [Вт / м K]. 6. Наружная штукатурка, d = 1 [см], l = 0,93 [Вт / м K]. Расчет проводился для двух вариантов расположения слоев: указанном и “зеркальном” отображении. Результаты приведены в таблице 2. 4.2. Конструкция 2 Расположение слоев следующее: 1. Листы облицовки, d = 1 [см], l = 0,21 [Вт / м K]. 2. Пенополиуретан, d = 4 [см], l = 0,04 [Вт / м K]. 3. Фольга из полированного алюминия, коэффициент черноты 0,05 [Вт / м2 K4]. 4. Воздушная прослойка, d = 1 [см]. 5. Кирпичная кладка, d = 51 [см], l = 0,81 [Вт / м K]. 6. Наружная штукатурка, d = 1 [см], l = 0,93 [Вт / м K]. Расчет проводился для двух вариантов расположения слоев: указанном и “зеркальном” отображении. Результаты приведены в таблице 3. Таблица 2. № варианта Название слоя Толщина слоя, [м] Термическое сопротивление слоя, [Вт / м K] Температура на границе слоя, [ОC] 1 Листы облицовки 0,01 0,048 +14,6 Воздух 0,01 0,285 +8,8 Фольга 0 0 +8,8 Пенополиуретан 0,04 1 -11,9 Кирпич 0,51 0,63 -24,9 Штукатурка 0,01 0,011 -25,1 2 Штукатурка 0,01 0,011 +15,4 Кирпич 0,51 0,63 +2,5 Пенополиуретан 0,04 1 -18,1 Фольга 0 0 -18,1 Воздух 0,01 0,291 -24,1 Листы облицовки 0,01 0,048 -25,1 Таблица 3. № варианта Название слоя Толщина слоя, [м] Термическое сопротивление слоя, [Вт / м K] Температура на границе слоя, [ОC] 1 Листы облицовки 0,01 0,048 +14,7 Пенополиуретан 0,04 1 -6 Фольга 0 0 -6 Воздух 0,01 1,289 -11,9 Кирпич 0,51 0,63 -24,9 Штукатурка 0,01 0,011 -25,1 2 Штукатурка 0,01 0,011 +15,4 Кирпич 0,51 0,63 +2,4 Фольга 0 0 +2,4 Воздух 0,01 0,287 -3,5 Пенополиуретан 0,04 1 -24,1 Листы облицовки 0,01 0,048 -25,1 5. Выводы Из результатов расчетов видно, что слой отражающей изоляции должен располагаться в ограждающей конструкции в зоне как можно более низких температур таким образом, чтобы перепад температур на границах слоя был как можно больше. Кроме того, величина сопротивления теплопередаче не зависит от того, на какой поверхности воздушной прослойки находится фольга. Литература [Арнольд и др., 1979] Арнольд Л.В., Михайловский Г.А., Селиверстов В.М. Техническая термодинамика и теплопередача - М., Высшая школа, 1979. [СНиП, 1998] СниП II-3-79*. Строительная теплотехника / Госстрой России – М., ГУП ЦПП, 1998. [Фокин, 1959 ] Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий – М., 1973. Вывоз мусора метров и утилизация отходов К вопросу оценки теплоэнергетиче. 2 февраля 1996 года. Отечественное электропечное оборудование нового поколения для электросталеплавильного комплекса. Александр един. О концепции приборного учета эле. Главная страница -> Технология утилизации Экологически чистая мебель: |
