Пример выполнения практической работы

Практическая работа №2

Расчет геотермальной системы отопления и ГВС

Общие положения

Тепловой режим земной коры до глубины около 40 метров подвержен суточным и годовым колебаниям. С увеличением глубины колебания затухают. Тепловую энергию земной коры наиболее целесообразно использовать в местах, где пролегают геотермальные водоносные горизонты.

Наиболее эффективные способы использования геотермальных вод: горячее и техническое водоснабжение (температура вод 40…70 °С), отопление (70…120 °С), электроэнергетика (150…200 °С). Причем наиболее рационально использовать термальные воды в последовательном цикле: электроэнергия → отопление → горячее водоснабжение (ГВС). Если температура воды менее 120 °С, то первая ступень исключается.

Возможность применения геотермальных вод зависит от их состава и характеристик водоносных источников.

По химическому составу геотермальные воды классифицируются на:

- гидрокарбонатно-натриевые;

- сульфатно-натриевые;

- хлормагниевые;

- хлоркальциевые.

Классификация геотермальных вод по газовому составу:

- агрессивные - содержат углекислоту и сероводород;

- нейтральные - азотные и метановые.

Классификация геотермальных вод по степени минерализации:

- пресные - до 1 г/л;

-  солоноватые - 1-10 г/л;

- соленые - 10-50 г/л;

- рассолы- более 50 г/л (достигает 600 г/л).

Для предотвращения отложения солей при использовании геотермальных вод в системах горячего водоснабжения и отопления в воду вводят гексаметафосфат натрия (1-3 мг/л).

По степени водоотдачи различают скважины:

- малодебитные - до 0,005 м³/с;

- среднедебитные - 0,005-0,02 м³/с;

- высокодебитные - более 0,02 м³/с.

Наиболее распространена открытая схема использования геотермальных вод с температурой 70…120°С. Такая схема приведена на рисунке 1.

1 - скважина; 2 - теплообменник системы отопления; 3 - теплообменник ГВС 1-й ступени; 4 - теплообменник ГВС 2-й ступени; 5 - система отопления.

Рисунок 1 - Схема отопления и ГВС

 

Методика расчета

Определение тепловой нагрузки на геотермальную установку, обеспечивающую теплом и горячей водой поселок, связано с определением требуемой тепловой мощности источника теплоснабжения:

                           , Вт,                                (1)

где А и В - коэффициенты потерь мощности в установке.

При расчетах принимать А = 1,018, В = 1,0526;

Q_ot - тепловая нагрузка на отопление жилых и общественных зданий, Вт;

 - максимальная тепловая нагрузка на ГВС жилых зданий, Вт.

                     , Вт,                          (2)

где  - yкрyпнённый показатель максимального расхода теплоты на отопление 1 м² общей площади зданий, Вт/м²;

 - площадь жилых зданий, м²;

 - площадь общественных зданий, м²;

K - поправочный коэффициент, учитывающей расход теплоты на отопление общественных зданий, К = 0,25.

Для определения тепловой нагрузки на ГВС жилых зданий определяют средний и максимальный тепловые потоки по формулам:

                                , Вт,                                    (3)

где m - количество жителей, чел;

 - укрупненный тепловой расход на обеспечение горячей водой одного жителя, Вт/чел.

                                , Вт,                                     (4)

где 2,4 - коэффициент максимальной тепловой нагрузки.

Определение расхода горячей воды из геотермальных скважин на отопление и ГВС проводится по формуле:

                               , кг/с,                                    (5)

где  - требуемая тепловая мощность источника теплоснабжения, кВт;

 - КПД геотермальной установки, доли от 1;

С - удельная теплоемкость воды, кДж / кгК;

 - перепад температур геотермальной воды на входе в систему и на выходе из нее, К.

 

Пример выполнения практической работы

Определить расход геотермальной воды из скважины и сделать вывод о классе скважины по степени водоотдачи.

Исходные данные:

Количество жителей: 1610 человек;

Количество жилых домов: 680;

Площадь одного жилого дома: 45 м²;

Количество общественных зданий: 2;

Площадь одного общественного здания: 96 м²;

КПД геотермальной установки: 0,80;

Температура воды, поступающей из геотермального источника: 98 °С;

Температура воды на выходе из системы: 51 °С.

Расчет:

Общая площадь жилых зданий составляет:

                              м²                                          

Общая площадь общественных зданий составляет:

                                  м²                                              

Тепловая нагрузка на отопление жилых и общественных зданий рассчитывается по формуле (2):

 Вт = 3885,84 кВт.          

Средняя тепловая нагрузка на горячее водоснабжение жилых зданий определяется по формуле (3):

                Вт = 515,2 кВт.                            

Максимальная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение жилых зданий определяется по формуле (4) с учетом повышающего коэффициента:

                        кВт.                                    

Требуемая тепловая мощность источника теплоснабжения определяется по формуле (1):

        кВт.                     

Расход воды из геотермальной скважины на отопление и горячее водоснабжение определяется по формуле (12):

                    кг/с                                

Плотность воды при температуре 98 °С составляет 960 кг/м³ [4], поэтому объемный расход воды из скважины составляет:

                             м³/с.                                          

Вывод: скважину можно отнести по классу водоотдачи к высокодебитным [2].