Расчет расхода горячей воды, пара и теплоты на горячее водоснабжение и пароснабжение

Горячая вода в АПК расходуется на коммунально-бытовые (жилые дома, детские сады, предприятия общественного питания, бани и т.д.) и производственные (технологические) нужды. На производственные нужды также расходуется пар.

Средненедельный (за отопительный период) расход горячей воды ( ) кг/с, и тепловой поток, ( ) Вт, бытового горячего водоснабжения (ГВС) отдельных жилых, общественных и административных зданий определяются по [6, 10] по формулам:

, (4.1)

где m – количество людей; a – норма расхода горячей воды с температурой t_г = 55 °С для жилых зданий, кг (л) на 1 человека в сутки (см. таблицу 4.1); b – норма расхода горячей воды с температурой t_г = 55 °С, для общественных зданий, принимаемая (при отсутствии более точных данных) в размере 25л/сут. на одного человека; t_x - температура холодной воды в зимний период, °С (при отсутствии данных принимают t_x = 5 °С); n_c – расчетная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение, с/сутки (при круглосуточной подаче n_c = 24×3600 c); С – удельная теплоемкость воды, принимаемая в расчетах равной 4187 Дж/(кг °С); коэффициент 1,2 учитывает выстывание горячей воды в абонентских системах горячего водоснабжения.

Нормы расхода горячей воды, приведенные в табл. 4.1, относятся к температуре t_r = 55 °С для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединяемых к закрытым системам теплоснабжения. Для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединяемых к открытым системам теплоснабжения, среднюю температуру горячей воды принимают равной 65 °С, поэтому нормы потребления следует умножить на коэффициент 0,85.

Расчетный (максимальный) расход горячей воды ( ), кг/с, тепловой поток ( ), Вт, на горячее водоснабжение жилых, общественных и

Таблица 4.1

Среднесуточные нормы потребления горячей воды при t_r = 55 ºС для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединенных к закрытым системам теплоснабжения

административных зданий определяется с учетом коэффициента неравномерности потребления горячей воды [9]

, (4.2)

где b - коэффициент суточной неравномерности расхода теплоты. Для сельских населенных пунктов b = 2…2,4.

Максимальный (расчетный) поток теплоты (Вт), расходуемый на горячее водоснабжение производственных зданий определяется по формуле [6]

, (4.3)

где G_г – расход горячей воды в часы наибольшего водопотребления, кг/ч.

Расход горячей воды (кг/ч) различными объектами в часы наибольшего водопотребления определяется по следующим формулам [2]

· для душевых бытовых помещений

; (4.4)

· для моечных установок, бань и предприятий общественного питания

; (4.5)

· для прачечных

, (4.6)

где q - норма потребления горячей воды на 1 душевую сетку в час, на 1 машину или единицу оборудования, на 1 посетителя, на 1 кг сухого белья; n - число душевых сеток; m - пропускная способность установки в 1 ч (для бань m - число мест в раздевальной; для предприятий общественного питания m - число реализованных блюд (m = 4,4 , если - число посадочных мест); P - производительность прачечной, кг сухого белья в смену; t - число часов работы в смену (табл. 4.1).

На животноводческих фермах и комплексах горячая вода используется на санитарно-гигиенические (уборка помещений, мойка оборудования, уход за животными и др.) и технологические нужды (приготовление кормов, тепловая обработка молока и др.). Среднесуточный и расчетный расходы воды, кг/с и тепловые потоки (Вт) системы горячего водоснабжения на санитарно - гигиенические нужды определяют по среднесуточным нормам потребления горячей воды по формулам [9]

(4.7)

где , – среднесуточный расход воды и тепловой поток, Вт; b = 2,5 (см. формулу 4.2) ; n_i - число животных данного вида; - удельная теплоемкость воды Дж/(кг °С); t_г - температура горячей воды (t_г = 40 … 60 °С); q_i - среднесуточный расход горячей воды на одно животное данной группы, кг/сут. (принимают для коров молочных пород – 15; телят, молодняка КРС – 2; свиноматок – 5; свиней на откорме – 0,5 [12, 13] ).

Тепловые нагрузки систем горячего водоснабжения и пароснабжения технологических объектов определяются по группам технологических процессов, исходя из норм расхода теплоты, пара или горячей воды на единицу продукции или оборудования, на одну голову животных и т.д.

Максимальный (расчетный) расход воды или пара (кг) и тепловой поток (Вт) системы горячего водоснабжения (пароснабжения) для тепловой обработки кормов и продукции сельского хозяйства при ее переработке определяется по нормам расхода горячей воды (пара) на тепловую обработку единицы продукции по формулам [9]

; , (4.8)

где q_i - норма потребления горячей воды (пара) на тепловую обработку 1 кг данного вида продукции, кг/кг; M_i - производительность цеха по тепловой обработке этого вида продукции, кг/ч.

В приложениях 9…12 приведены нормы расхода теплоты и теплоносителей на обработку кормов и переработку некоторых видов сельхозпродуктов.

Расчетный и средненедельный расход воды, пара (кг/с) и тепловые потоки (Вт) системы горячего водоснабжения и пароснабжения для тепловой обработки кормов на животноводческих фермах и комплексах удобней определить по суточному рациону животных и нормам расхода горячей воды и пара на обработку кормов по формулам [9]

;

, (4.9)

где , - расчетный и средненедельный расходы теплоносителей (горячей воды или пара), кг/с; q_i – норма потребления горячей воды (пара) на тепловую обработку 1кг данного корма, кг/кг: k_i – количество этих кормов в суточном рационе животных данного вида, кг; – количество животных данного вида, b = 4,0 (см. формулу 4.1).

В прил. 8 даны нормы расхода теплоносителей на тепловую обработку кормов.

Тепловые нагрузки (Вт) систем горячего водоснабжения в летний период рассчитывают по формуле [9]

, (4.10)

где Q_г – тепловая мощность систем горячего водоснабжения в отопительный период, Вт; t_х.л – температура холодной воды в летний период (принимают равной 15 °С); a – коэффициент учитывающий снижение расхода горячей воды летом по сравнению с отопительным периодом. (По данным Захарова А.А. [2] для жилых и общественных зданий – a = 0,65; для технологических потребителей – a = 0,82.)

Расчетный тепловой поток (Вт) паровой системы теплоснабжения цехов по переработке сельскохозяйственной продукции при неполном возврате конденсата определяется по формуле

, (4.11)

где G_n – расход пара в часы наибольшего теплопотребления, кг/ч; G_к – количество возвращаемого конденсата, кг/ч; С – теплоемкость воды,

Дж/кг °С; t_к, t_x - температуры конденсата (принимается на 5…8 °С меньше температуры конденсации) и исходной холодной воды, °С; h_n – удельная энтальпия пара, Дж/кг (определяется по hs – диаграмме); h_x = Ct_x – энтальпия исходной холодной воды

, (4.12)

где d_п – удельный расход пара на тепловую обработку 1 кг данной продукции, кг/кг (прил. 9…12); М – производительность цеха по переработке этой продукции, кг/ч; – коэффициент возврата конденсата.

Так как запаривание кормов на животноводческих фермах и комплекса осуществляется без возврата конденсата, то расчетную и средненедельную тепловые нагрузки (Вт), паровой системы теплоснабжения этих объектов удобно определить по формуле [11]

, (4.13)

где - коэффициент суточной неравномерности ( = 4,0); d_ni – удельный расход пара на запаривание 1 кг данного корма, кг/кг (прил. 8); k_i, n_i – то же, что и формуле 4.9; h_n, h_x – то же, что и в формуле 4.11.

В технологических линиях доильно-молочных блоков предусматривают также пропаривание молочных фляг при удельном расходе пара 0,1…0,2 кг на одну флягу.

Пример 4.1. Определить средненедельную и максимальную (расчетную) тепловые нагрузки систем горячего водоснабжения и пароснабжения животноводческого комплекса на 400 голов крупного рогатого скота (КРС) и 1000 свиней на откорме.

Решение. Средненедельный тепловой поток системы горячего водоснабжения на санитарно-гигиенические нужды определяется по формуле 4.7 (t_г = 50 °С, t_x = 5 °C, q = 15 кг/сут. – для коров, q = 0,5 кг/сут – для свиней на откорме).

Тогда

Вт.

Расчетный тепловой поток по формуле (4.2)

Вт.

Среденедельный тепловой поток на тепловую обработку кормов определяется по формуле 4.9. По прил. 8 для КРС K₁ = 4,0 кг/сут, q_i = 2,5 кг/кг (солома), К₂ = 2,5 кг/сут, q₂ = 2,0 кг/кг (концентрированные корма); для свиней – откормочников К₂ = 1,46 кг/сут, q₂ = 2,0 кг/кг (концентрированные корма), К₃ = 6,7 кг/сут, q₃ = 1,2 кг/кг (корнеклубнеплоды).

Тогда

=32875 Вт.

Расчетный тепловой поток по формуле 4.2

1500 Вт.

Среднесуточная и расчетная тепловые нагрузки систем горячего водоснаб- жения составляет:

= 14175+32875 = 47050 Вт;

Q_г = 35437+131500 = 166937 Вт = 167 кВт.

Средненедельный и расчетный тепловые потоки системы пароснабжения тепловой обработки кормов определяются по формуле 4.13. В аппаратах для тепловой обработки кормов подается пар с избыточным давлением до 68,7 кПа. Конденсат не возвращается.

h_n = 2700 кДж/кг = 270010³ Дж/кг.

Из прил. 8 для КРС К₁ = 4,0 кг/сут, d_n1 = 0,35кг/кг (солома); К₂ = 2,5 кг/сут, d_n2 = 0,25 кг/кг (концентрированные корма); для свиней на откорме К₂=1,46 кг/сут, d_n2=0,25 кг/кг (концентрированные корма); К₃ = 6,7 кг/сут, d_n3 = 0,17 кг/кг (корнеклубнеплоды).

Тогда

=71750 Вт Q_п = 4×71,8 = 287 кВт.

Суммарная тепловая нагрузка

Q = 149,2+287 = 436,2 кВт.

Пример 4.2. Определить расчетную тепловую нагрузку мясоперерабатывающего предприятия, производящего 12 т свинины и 5 т мясных продуктов (колбасных изделий) в смену. Продолжительность смены 7 часов. От потребителя будет возвращено 30% конденсата с температурой 95 °С. Температура холодной воды принять t_x = 5 °С.

Решение. Нормы расхода горячей воды с t_г = 65 °С на производство свинины q₁ = 5,2 + 0,45 = 5,65 м³/т; и на переработку мяса q₂ = 1,6 + 1,18 = =2,78 м³/т; расход пара на производство свинины q_n1 = 0,60 т/т, на переработку мяса q_n2 = 0,39 т/т (прил. 9, 10). Энтальпия пара h_n= 2700 к дж/кг (избыточное давление 68,7 кПа). Плотность воды при t₂ = 65 °С,

= 880 кг/м³.

Часовая производительность цеха по производству свинины М₁ =

= 12 10³ / 7 = 1714,3 кг/час, по переработке мяса М₂ = 5 10³ / 7 = 714,3 кг/час.

Расход пара на производство мяса G_n1 = 0,60×1714,3 = 1028,6 кг/час; на переработку мяса G_n2 = 0,39 × 714,3 = 278,6 кг/час.

Расчетная тепловая нагрузка (кВт) на горячее водоснабжение определяется по формуле 4.8

798,6 кВт.

Расчетная тепловая нагрузка (кВт) системы пароснабжения по формуле 4.11

972,7 к Вт.

Общая тепловая нагрузка

Q = 798,6 + 972,7 = 1771,3 кВт

Пример 4.3. Цех плодоовощного предприятия производит 400 банок вместимостью 1л (масса нетто 1,2 кг) и 600 банок с вместимостью 0,8 л (масса нетто 0,96 кг) овощных консервов в смену. Продолжительность смены 7 ч. Определить технологическую тепловую нагрузку цеха.

Решение. Производительность цеха выразим в учетных банках. Масса нетто учетной банки составляет 400 гр. Коэффициент перевода физических банок в учетные по массе , где m – масса нетто продукции в физической банке, г. По концентрации продукта , где с – стандартная массовая доля сухого вещества в готовой продукции, %; В – базовое содержание сухого вещества в сырье или соке, %. В приложении 11 приведены некоторые нормы расхода тепловой энергии на производство консервной продукции.

Производительность цеха в учетных банках составляет

Расход тепловой энергии на производство одной тысячи учетных банок овощных консервов составляет 0,48 Гкал/туб (прил. 11).

Технологическая тепловая нагрузка

(1кал » 4,19 Дж; 1ккал/ч. = 1,163 Вт).