Управление образования Чашникского районного исполнительного комитета Исследовательская работа АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ШКОЛЫ Деревяго Евгений, Садовская Диана ученики 10 класса Руководитель: Сушкова А.В., заместитель директора по УР База внедренческой работы: УО «Государственная общеобразовательная средняя школа №1 г. Чашники», 211149 Витебская обл., г. Чашники, ул. Советская,7 тел: 8(02933) 4-11-69 Е-mail: Pervaja@tut.by 2010/2011 СОДЕРЖАНИЕ Актуальность выбранной темы…………………………………………………..2 Цель и задачи работы……………………………………………………………..2 1. Описание систем теплоснабжения исследуемых помещений………………..4 2. Расчёт необходимой тепловой мощности системы теплоснабжения………3 2.1 Расчёт сопротивлений теплопередаче ограждений 2.2 Расчёт теплопотерь помещений 2.3 Расчёт теплопоступлений в помещения 2.4 Расчёт количества секций нагревательных приборов 3. Финансовый анализ энергосберегающих мероприятий…………………….7 4. Расчет экономичности установки стальных радиаторов РСВ1……………...8 5. Заключение…………………………………..………………………………...10 6. Приложение……………………………………………………………………11 Список литературы 2 Актуальность постановки вопроса Энергосбережение - это совокупность трех основных видов мероприятий: 1) мониторинг потребления энергоресурсов; 2) регулирование расхода теплоносителя, электроэнергии и воды; 3) повышение мотивации участников. Рынок давно переполнен огромным числом утеплителей, систем вентиляции и регулирования. Однако это не всегда способствует сокращению потребления энергоресурсов. Все потому, что не задействован самый главный элемент системы энергосбережения - мотивация! Только использование всех трех элементов одновременно дает эффект. Для того чтобы достучаться остается только одно действенное средство - ПРОСВЕЩЕНИЕ. Поэтому главная мысль данной работы: продемонстрировать простое решение сокращения потребления тепла. Цель: разработка организационных и технических мероприятий по энергосбережению в системе теплоснабжения и их финансовая оценка. Задачи: - привлечь учащихся школы к деятельности по сокращению теплопотерь; - выработать правильное энергосберегающее мировоззрение у учащихся; - провести исследовательские замеры, мониторинг и анализ результатов работы; - распространить информацию о результатах работы. Объект исследования: система теплоснабжения классных кабинетов школы. Гипотеза исследования: Основным энергосберегающим предложением является демонтаж лишних секций отопительных приборов. Методы проведения исследований. В работе использовался стационарный метод, основными приемами которого являются: - оценка состояния; - вычисление; - описание. 3 1. ОПИСАНИЕ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ИССЛЕДУЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЙ Объектом теплоэнергетического исследования являются учебные классы школы. Корпус школы представляет собой трехэтажное здание. Окна исследуемых помещений выходят на северную и на южную стороны. Стены корпуса кирпичные, перегородки также кирпичные. Исследование проводилось в кабинете истории, кабинете русского языка и литературы и кабинете начальных классов. Кабинет начальных классов находится с северной стороны здания и имеет два окна. Под каждым из окон расположен чугунный радиатор типа МС-140-108 с девятью секциями. Температура в помещении превышает вышеприведенную норму. Кабинет истории имеет два окна, выходящих на северную сторону. Под каждым окном расположен девятисекционный чугунный радиатор марки МС-140108. Температура в помещении превышает санитарно-гигиенические нормы. Три окна кабинета русского языка и литературы выходят на южную сторону. Под каждым из окон расположен десятисекционный чугунный радиатор марки МС-140-108. Температура в помещении выше 180С. Для проведения энергоаудита визуального осмотра помещений недостаточно, поэтому нужно произвести замеры некоторых параметров. Используем следующие измерительные приборы: - измерительная рулетка; - термометр. № п/п Название помещения 1 Кабинет начальных классов Кабинет истории 7,05 Кабинет русского 10,93 языка и литературы 2 3 Размер помещений Объём Длина а, Ширина b, Высота h, помещен ия V, м3 м м м 6,90 6,0 3,40 140,76 6,0 5,97 3,40 3,40 143,82 221,85 4 2.РАСЧЁТ НЕОБХОДИМОЙ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 2.1 Расчёт сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций Теплозащитные качества ограждения характеризуют величиной сопротивления теплопередаче R0, которая численно равна падению температуры в градусах при прохождении теплового потока, равного 1 Вт, через 1 м2 ограждения. Сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности: 1 0,115 , где B – коэффициент теплоотдачи внутренней B 8,7 поверхности ограждающей конструкции; для стен, полов, гладких потолков B 8,7 Вт м 2 К . Сопротивление теплоотдаче наружной 1 1 0,043 , где H – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности: RH H 23 поверхности ограждающей конструкции, для наружных стен 2 H 23 Вт м К . RB 1 Сопротивление ограждающей конструкции RK определяем как сумму сопротивлений отдельных слоёв: RK R1 R2 ... Rn , Сопротивление отдельного слоя определяем по формуле: R , где – толщина слоя, м; – коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·К). Для наружной стены отдельные слои составляют: кладка из кирпича обыкновенного общей толщиной 0,51 м, слой штукатурки из цементно-песчаного раствора толщиной 0,02 м. Коэффициенты теплопроводности λ данных материалов : кирпич – 0,81 Вт/(м·К), цементно-песчаная штукатурка – 0,93 Вт/(м·К). Таким образом, термическое сопротивление наружной стены: RКНС 0,51 0,02 0,65 м 2 К Вт . 0,81 0,93 Общее сопротивление теплопередаче определяем по формуле: R0 RB RK RH , гдеRВ – сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности, м2·К/Вт; RН – сопротивление теплоотдаче наружной поверхности, м2·К/Вт; RК – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м2·К/Вт. 5 R0НС 0,115 0,65 0,043 0,808 м 2 К Вт . Для определения требуемого сопротивления теплопередаче расчётная температура внутреннего воздуха tB=18 єС, наружного воздуха tН= -24 0С. Нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней ограждающей конструкции для наружных стен H общественных зданий t 7 º С . Коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху для наружных стен и покрытий n=1. Требуемое сопротивление n t B t H тр теплопередаче определяем по формуле: R0 , где n – коэффициент, t H B учитывающий положение наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху; tB – расчётная температура внутреннего воздуха, принимаем равной 18 єС ; tН – расчётная зимняя температура наружного воздуха, принимаем равной для Сум -24 єС ; t H – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней ограждающей конструкции, равный для наружных стен общественных зданий 7 єС; В – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принятый ранее равным 8,7 Вт/(м2·К). 1 18 24 0,689 м 2 К Вт . 7 8,7 Так как требуемое сопротивление теплопередаче меньше общего сопротивления, то для дальнейших расчётов принимаем R0=0,808 м2·К/Вт. 2.2 Расчёт теплопотерь помещений НС 2 Сопротивление наружной стены без учёта окна R0 0,808 м К Вт , а для окна R0тр принимаем R0Пт 0,42 м 2 К Вт . Общие теплопотери рассчитываются по формуле Qпот Qогр Qи , где Qогр – потери теплоты помещения через ограждающие конструкции, QИ - затраты теплоты для для нагревания воздуха Расчётная температура внутреннего воздуха tB=18 єС, наружного воздуха tН = -24 єС. Для наружных стен и покрытий коэффициент n=1. Площади ограждающих конструкций мы определили. Для кабинетов истории и начальных классов учитываем добавочные теплопотери на ориентацию по отношению к сторонам света, в данном случае на северную β=0,1. Потери теплоты помещений через ограждающие конструкции рассчитываем по формуле: F Qогр t B t Н 1 n , F – расчётная площадь ограждающей R0 конструкции, м2; R0 – сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, 6 м2·К/Вт; tB – расчётная температура воздуха, 0С; tН – расчётная температура наружного воздуха, 0С; n – коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху; β – добавочные потери теплоты в долях от основных потерь. Затраты теплоты для QИ для нагревания воздуха рассчитываем по формуле : QИ 0,28 GИ c (t В t HБ ) k , где G И – расход ограждающие конструкции помещения, принимаем G И воздуха через 1 м 3 ч на 1 м2 Б площади окна; с – удельная теплоёмкость воздуха, равная 1 кДж/(кг·0С); tB, t Н – расчётные температуры воздуха в помещении и наружного воздуха в холодный период года, 0С; k – коэффициент, учитывающий влияние встречного теплового потока в конструкциях, для стыков панелей стен, для окон равный 0,7 . Подсчитанные для каждого помещения расходы теплоты на нагревание воздуха добавляем к теплопотерям этих помещений. Температур НС а в Qогр , Помещение помещении Вт tB, 0С Кабинет начальных 1018,0 классов 5 Кабинет истории 1018,0 18 5 Кабинет русского 1744,2 языка и литературы 3 Ок Qогр , Qи , Q пот , Вт Вт Вт 880 87,75 1985,8 880 87,75 1985,8 1320 151,5 3215,78 5 2.3 Расчёт теплопоступлений в помещения Теплопоступления в виде тепловых тепловыделений рассчитываем по формуле Qбыт 21 FП , где FП – площадь пола данного отапливаемого помещения, м2. Явные теплопоступления – по формуле Qчел И ОД 2,5 10,3 v B 35 t П , гдеβИ – коэффициент, учитывающий интенсивность выполняемой человеком работы, принимаемый для лёгкой работы равным 1; βОД – коэффициент, учитывающий теплозащитные свойства одежды и равный для обычной одежды – 0,66 ; νВ – подвижность воздуха в помещении, равный 0,13 м/с. ; tП – температура помещения, 0С. Теплопоступления при искусственном освещении по формуле Qэл k N эл , где k – коэффициент для электрических светильников равный k=0,95 ; Nэл – суммарная мощность осветительных приборов. Общие теплопоступления рассчитываем по формуле Qпост Qбыт Qэл Qчел , а 7 тепловую мощность системы отопления – по формуле QC.O. Qпот Qпост . Температу ра в Qбыт , помещени Вт и tB, 0С Помещение Кабинет начальных классов Кабинет истории 18 Кабинет русского языка и литературы Qчел , Qэл , Q Вт Вт Вт Вт 875,7 69,72 228 1173,42 812,38 875,7 69,72 228 1173,42 812,38 1370,29 69,72 342 1782,01 1433,7 7 пост , Qс.о. , 2.4 Расчёт количества секций нагревательных приборов Рассчитываем плотность теплового потока отопительного прибора по формуле q пр t ср q ном 70 1 n p Gпр c пр , где q ном – номинальная плотность теплового 0 , 1 потока отопительного прибора, равная для чугунных радиаторов типа МС-140ст 108 758 Вт/м2. Средний температурный напор t ср 70º С , расход воды в ст приборе составляет Gпр 0,1 кг с , атмосферное давление рб=1013,3 гПа; t ср =28 0С; Gпр – действительный расход воды в отопительном приборе, равный 0,009 кг/с ; показатели n=0,3, р=0,02; спр – коэффициент, равный 1,039 1 0, 3 28 qпр 758 70 Площадь Fp 0,009 0,1 отопительного Q потр 0,9 Q тр q пр 0, 02 1,039 226,56 Вт м 2 . прибора рассчитываем по формуле 1 2 , где Qпотр= Qпот- Qпоcт , Вт; Qтр 10% от Qпотр; β1 – коэффициент учёта дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счёт округления сверх расчётной величины; β2=1,02. Np Fp 4 f1 3 , β – Количество секций чугунных радиаторов определяем по формуле 4 коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении, принимаем при открытой установке равный 1,0 ; β3 – коэффициент, учитывающий 8 Помещение Температура в помещении β1 tB, 0С Кабинет начальных классов Кабинет истории 18 Кабинет русского языка и литературы Fр, м2 Nр, шт. 1,13 3,76 16 1,13 3,76 16 1,08 6,3 26 Количе ство устано вленны Лишне х есекций число секций n, шт. Δn, шт. число секций в одном радиаторе, принимаем равный 1,0 , площадь поверхности нагрева одной секции f1=0,244 м2. 18 2 18 2 30 4 3. ФИНАНСОВЫЙ АНАЛИЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ Определяем действительную площадь отопительного прибора в помещениях при Np Fp 4 f1 3 в установленном числе секций, преобразовывая формулу: N p 3 f1 Fp , где Nр – количество установленных секций радиаторов, 4 принимаем по результатам проведения первого этапа исследования; f1=0,244 м2 ; β3=1,0 ; β4 =1,0. Для подсчёта фактических теплопотерь помещений QФ, кВт, помещений Fp qпр 10 3 применяем формулу: QФ , где qпр=226,56 Вт/м2; β2, β2в таблице 0,91 1 2 Нормированные теплопотери QН=QС.О принимаем по расчетам.. Определяем величину расхождения теплопотерь ΔQ: Q QФ QН . Эту величину можно выразить в денежном эквиваленте по формуле: S 4368 Q , где 4368 – число часов отопительного сезона, с учётом, что он начинается 15 октября и заканчивается 15 апреля, то есть 182 суток по 24 ч в сутки; α – стоимость 1 кВт·ч, α =301 руб/кВт·ч.(для школы) 9 1 2 3 Кабинет начальных 4,39 классов Кабинет истории 4,39 Кабинет русского 7,32 языка и литературы Фактические теплопотери QФ, кВт Нормированные теплопотери QН, кВт Расхождение теплопотерь ΔQ, кВт Денежный эквивалент рассогласования теплопотерь S,руб. Помещение Площадь отопительного прибора Fр, м2 № п/п 0,949 0,812 0,137 180123 0,949 0,812 0,137 180123 1,654 0,143 1,5 1972152 Зная фактическое n и необходимое n΄, рассчитаем Δn число секций радиаторов, превышающих необходимое: n n n Фактическое число секций радиаторов получаем в результате первоначального этапа энергоаудита, а необходимое- из расчетов. Затрат на демонтаж лишних секций в школе не будет, т.к. данные работы выполняют работники хозгрупп. ВЫВОД: При демонтаже 8 секций чугунных радиаторов только в трех выбранных учебных кабинетах за один отопительный сезон школа может сэкономить до 2 332 398 рублей. А если рассчитать по всем 30 кабинетам школы? 10 4. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧНОСТИ УСТАНОВКИ СТАЛЬНЫХ РАДИАТОРОВ РСВ1 Располагая величиной , можно определить расчетную плотность теплового потока отопительного прибора , Вт/м2, для условий работы, отличных от стандартных, по формулам: где – номинальная плотность теплового потока стальных панелей при стандартных условиях работы, равная710 Вт/м2 , – температурный напор, равный разности полусуммы температур теплоносителя на входе и выходе отопительного прибора и температуры воздуха помещения =0,5*(53+39)-18=28 0С , – действительный расход воды в отопительном приборе, кг/с, ; — суммарная теплоотдача открыто проложенных в пределах помещения стояков, подводок, к которым непосредственно присоединен прибор (коэффициент 0,9 учитывает долю теплового потока от теплопроводов, полезную для поддержания температуры воздуха в помещении) , =0,9\1,113\14=0,06 кг\с, , p=0,12 и n=0,25 экспериментальные значения показателей степени (табличные данные); =1,113 коэффициент, учитывающий схему присоединения отопительного прибора и изменения показателя степени p в различных диапазонах расхода теплоносителя(сверху вниз, табличные данные) 10, 25 28 qпр 710 70 0,006 0 , 1 0,12 1,113 179,4 Вт м 2 Расчетная площадь , м2, отопительного прибора независимо от вида теплоносителя рассчитывается , где Qпотр= Qпот- Qпоcт , Вт; Qтр 10% от Qпотр; β1 и β2– коэффициент учёта дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счёт округления сверх расчётной величины. Np Fp 4 f1 3 , β – Количество секций чугунных радиаторов определяем по формуле 4 коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении, 11 принимаем при равный 1,0 ; β3 – коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе, принимаем равный 1,0 , площадь поверхности нагрева одной секции f1=0,71 м2. Кабинет Qпотр, ВТ Температура Температура Температура в носителя на носителя на помещении входе, 0С выходе, 0С tB, 0С Кабинет 18 начальных 1985,8 классов Кабинет 1985,8 истории Кабинет русского 3215,78 языка и литературы Поправоч Qпот , ные Вт коэффиц иенты β1 Β2 53 Q пост , Вт 39 Теплова я мощнос ть системы отопления, Температурный напор, 0С Расход теплоносителя, G кг\с 28 0,06 Расчетная плотность теплового потока прибора, g ном, Вт/м2 179,4 Расчетн ая площадь прибора ? Fр, м2 Поправочн ые коэффициен -ты Β3 Β4 Расчетн ое число секций, Nр, шт. 4,8 1 7 Qс.о. , Вт 1,0 4 1,0 4 1985,8 1985,8 3215,78 1173,4 2 1173,4 2 1782,0 1 812,38 812,38 1433,77 1 4,8 7 8,4 12 Получили, что на 3 исследуемых класса необходимо приобрести 32 секций стальных радиаторов. Не секрет, что стальные радиаторы отопления получили свое признание и популяризацию во всем мире. Трубчатые радиаторы обладают увеличенной теплоотдачей по сравнению с иными видами обогревательных 12 приборов, но и большей стоимостью.. Стальные радиаторы обладают незначительным объёмом, что позволяет устанавливать их в помещениях любого вида без ухудшения производительности в полезной площади. Малый размер стального трубчатого радиатора позволяет ему намного пропорциональнее смотреться в помещении, чем другие радиаторы более значительных объемов. Итак, 32 секции по 50000 рублей= 1600000 рублей. Определяем величину расхождения теплопотерь при чугунном и стальном радиаторе. Для подсчёта фактических теплопотерь помещений QФ, кВт, помещений применяем формулу: QФ Fp qпр 10 3 0,91 1 2 , где qпр=179,4 Вт/м2;β1, β2в таблице QФ,(чуг, Fp (чуг) ) кВт Fp (стальн) 16,2 18,5 3,8 QФ,(стальн Разница, Разница ), кВт кВт за год, руб 3,5 0,3 4368*301 *0,3=394 430 ВЫВОД: Приблизительно через Окупаемост ь 1600000:394 430 ~4 года 4 года затраты на установку стальных радиаторов окупятся, что в дальнейшем сможет экономить больше энергии. В год в исследуемых нами только трех кабинетах стальные радиаторы могу сэкономить более 1300 кВТ. Стальные радиаторы являются и экономичными, и привлекательными с эстетической точки зрения. Для изготовления приборов применяется низкоуглеродистая сталь с повышенной коррозионной стойкостью. Стальная батарея весит гораздо меньше чугуна, металл тоньше, и поэтому прибор нагревается гораздо быстрее. Хороши, в том числе, для низкотемпературных систем отопления, которые дают дешевое и комфортное тепло. 13 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В ходе выполнения исследовательской работы были проведено энергетическое обследование 3 учебных кабинетов школы. На первом этапе была получена информация об исследуемом объекте: измерены размеры помещений, измерена температура воздуха в кабинетах. По результатам первого этапа был произведён расчёт фактических и нормированных тепловых потерь, количество необходимых секций радиаторов. Учитывая расхождение фактических и нормированных теплопотерь, определены излишние затраты на использование тепловой энергии и их денежный эквивалент. Финансовый анализ показал, что проведение энергосберегающих мероприятий (демонтаж секций радиаторов) позволяет значительно сократить величину денежных затрат на использование тепловой энергии в системе теплоснабжения школы. На третьем этапе был произведен расчет экономичности установки в данных кабинетов стальных радиаторов. 14 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Р.В. Щекин, В.А. Березовский, В.А. Почанов. Расчёт систем центрального отопления. – К.: В. ш., 1975. 2. Е. Г. Малявина. Теплопотери здания М:2007 3. Ржеганек Я., Яноуш А. Снижение теплопотерь в зданиях. Стройиздат: 1988 4. http://www.kolodec.ru/ot/teplopoteri.html 5. http://lerk.ru/art053.htm 6. http://www.teplodoma.com.ua/labriori/moi_statiy/rashet_teplopoter.htm 7. http://www.mir-klimata.com/archive/number08/article/article13/ 8. http://www.best-lapin.narod.ru/biblioteka.html 15 Приложение КОЭФФИЦИЕНТЫ УЧЕТА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ТЕПЛООТДАЧУ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ Значения коэффициента β1, учитывающего влияние шага номенклатурного ряда приборов Значения коэффициента β2, учитывающего дополнительные потери тепла приборами у наружных ограждений Значения коэффициента β3, учитывающего число секций в радиаторе Значения коэффициента β4, учитывающего способ установки прибора 1,04 Стальные панельные однорядные радиаторы типа РСВ1 1,04 1,02 1,01 1 1 1 1 Чугунные радиаторы МС140-108 и МС140-98 16