Összefoglalás a 2. zárthelyihez Hőszállítás Épületgépészet B.Sc., Épületenergetika B.Sc. 5. félév 2009. november 11.

Az előadások a következő témára: "Összefoglalás a 2. zárthelyihez Hőszállítás Épületgépészet B.Sc., Épületenergetika B.Sc. 5. félév 2009. november 11."— Előadás másolata:

1 Összefoglalás a 2. zárthelyihez Hőszállítás Épületgépészet B.Sc., Épületenergetika B.Sc. 5. félév 2009. november 11.

2 Súrlódásos, hőszigetelt (adiabatikus) áramlás Áramlási veszteség, hidraulikai ellenállás

3 Sebességeloszlás a csőkeresztmetszetben lamináris turbulens (n=1/7) lamináris: n=1 turbulens:

4

5 az összefüggés neve az áramlás jellege érvényességi tartomány egyenlet Hagen- Poiseuille laminárisRe<Re kr Re kr = 2300-3000 (Re kr =f(k/d)) Blasiusturbulens, hidraulikailag sima cső Re kr < Re < 10 5 Prandtl- Nikuradse turbulens, hidraulikailag sima cső Re kr < Re < 3,4*10 6 Kármánturbulens, érdes cső Re határ < Re Colebrook- White érdes cső turbulens átmeneti tartomány Re kr < Re Rouseturbulens határgörbe A csősúrlódási tényező számítására szolgáló összefüggések

6

7 A jelleggörbe szerkesztés lépései A szerkesztés kétféle szemléletben folyhat: –csak az első síknegyedben (klasszikus szerkesztési mód) –négy síknegyedben az egyes elemek jelleggörbéjének megállapítása a hálózat párhuzamos és soros elemekre bontása részeredők szerkesztése, rekurzív módon a teljes rendszer eredőjének megszerkesztése a rendszer térfogatárama: ahol a rendszer eredő nyomáskülönbsége =0 (négy síknegyedben való szerkesztésnél) rész-térfogatáramok és nyomáskülönbségek meghatározása Nem minden hálózatnak szerkeszthető meg a jelleggörbéje! (Pédául: „Tichelmann-kapcsolás”)

8 Nyomásdiagram kétvonalas nyomásdiagram (vezetékpár nyomásviszonyai) a vízszintes tengelyen a nyomvonalhossz, a függőleges tengelyen a nyomás a vezetékben a közeg a csökkenő nyomás irányába áramlik ott van töréspont a nyomásvonalban, ahol a fajlagos nyomásveszteség (S’; Δp/l; dp/dl) megváltozik: –betáplálás/elvétel –átmérő megváltozása –(csőanyag változása) „lépcső” a nyomásdiagramban: koncentrált nyomáscsökkenés/ /nyomásnövekedés: –jelentős alaki ellenállás, amelynek hossza elhanyagolható –szivattyú a vezetékpárra csatlakozó fogyasztók rendelkezésére álló nyomáskülönbség a nyomásvonalak metszékbeli különbségével egyenlő

9 Beszabályozás Az egyes fogyasztókra jutó nyomáskülönbség kiegyenlítése a nyomáskülönbség-többlet fojtásával. Statikus beszabályozás Állandó fojtás, aminek értékét a beszabályozási folyamat során állítjuk be. Dinamikus beszabályozás Változó mértékű fojtással állandó nyomáskülönbség fenntartása a fogyasztó számára.

10

11

12

13 Nyomástartás A nyomástartás feladata, hogy a zárt hidraulikai körökben a sztochasztikus nyomásviszonyok helyett a nyomásmező irányítottan, előre tervezhető módon alakuljon ki, és ez az állapot üzem közben, üzemszünetben, valamint tranziens viszonyok között egyaránt folyamatosan, adott tűrési értékek között, kellő üzembiztonsággal fennálljon.

14 A nyomástartást befolyásoló tényezők a folyadéktöltet rugalmassági viszonyai a határolószerkezetek rugalmassági viszonyai a folyadéktöltetben és a határolószerkeze- tekben az instacioner hőmérséklet-viszonyok miatt fellépő térfogatváltozások folyadékveszteségek a hálózat nyomásvesztesége domborzati viszonyok

15 Távfűtési hőszállító vezetékek nyomástartásának speciális követelményei Minden időpontban és a hálózat minden pontjában (értelemszerű kivétel a statikus nyomástartás esetleges gőzpárnája) akadályozza meg a gőzfázis képződést. Vagyis minden időpontban, illetve üzemállapotban és a hálózat minden pontjában nagyobb legyen a nyomás, mint az adott pontban a hőszállító közeg maximális hőmérsékletéhez tartozó telítési nyomás. Egyetlen üzemállapotban és a hálózat egyetlen pontjában sem szabad a maximálisan megengedett üzemi nyomást túllépni. A nyomástartó berendezésnek kompenzálnia kell a hőszállító közegben üzemben, illetve üzemszünetben bekövetkező térfogatváltozásokat (kontrakció, expanzió, vízveszteség, víznyereség).

16 A nyomástartás módjai és berendezései statikus nyomástartás –gázpárna nyitott közvetlen kapcsolat a folyadékfelszín és a gázpárna között membrános –gőzpárna saját gőz idegen gőz dinamikus nyomástartás –szivattyús –kompresszoros

17

18

19

20 Különböző nyomástartási megoldások nyomásdiagramja

21

22

23 Szigetelt cső hőátbocsátási tényezője az r = r 1 → t = t 1 peremfeltételből:

24 hőátadás a cső belső és külső felületén: a külső és belső hőmérséklet közötti különbség:

25 A vezetékmenti hőátbocsátási tényező 1 méter hosszú vezetékszakasz hőleadása 1°C hőmérsékletkülönbség esetén; [k l ]=W/mK

26

27 dx hosszúságú csőszakasz hőmérlege: A forróvíz lehűlésének számítása Politropikus, súrlódásos, kívülről fűtött vagy hűtött stacionárius áramlás állandó áramlási keresztmetszetű csőben

28 A peremfeltétel: x = 0 A differenciálegyenlet a szétválasztás után A peremfeltételből

29

30 A hőszigetelés kritikus vastagsága fajlagos hőátbocsátási tényező: a szigetelés vastagságával befolyásolható:

31 szélsőérték: Például: ha α k =10 W/m 2 K; λ szig =0,04 W/mK →D krit =0,008 m ha α k =10 W/m 2 K; λ szig =1 W/mK →D krit =0,2 m

32 A fajlagos hőátbocsátási tényező változása a szigetelés vastagságának függvényében, különböző hővezetési tényezőkre

33

34

35 A védőcsatorna egyenértékű átmérője: A védőcsatorna hőmérlege:

36 Hőközpontok HMV oldali kialakítása

37 HMV rendszer kialakítása soros tárolóval

38 Párhuzamos kapcsolás a tároló egyben hidraulikai leválasztó is: csekély a HMV termelő rendszer nyomásvesztesége a szivattyú feladata a hőcserélő ág nyomásveszteségének fedezése a szivattyú munkapontját a beszabályozó szeleppel állítjuk be a hőcserélő térfogatárama közel állandó a szivattyú térfogatáramával egyező fogyasztás esetén a tárolóban nincsen áramlás; nagyobb fogyasztás esetén töltjük, kisebb fogyasztás esetén kisütjük a tárolót

39 A kapcsolás jelleggörbéje A beszabályozás szerepe

40 Soros és párhuzamos kapcsolás hőcserélőjének teljesítménye

41 A keveredéses és kiszorításos tárolóban tárolható hőmennyiség soros kapcsolás: t max = 60°C t min := 55°C párhuzamos kapcsolás: t max = 60°C t min := 55°C V soros / V párhuzamos = 10! ugyanazon hőmennyiség tárolása esetén Például:

42 Radiátorok hőleadása

43 Szekunder menetrend

44 Állandó tömegáramú menetrend

45 Változó tömegáramú hőközpont Automatikus soros-párhuzamos kapcsolású hőközpont

46

47 Forróvizes távhőellátó rendszer komplex tervezése A tervezés főbb lépései: az ellátandó mértékadó hőigények meghatározása a rendszer típusának elemzése és kiválasztása a hőforrás típusának megválasztása a hálózat nyomvonalának és a vezetéktípusnak a kiválasztása a távhőellátó rendszer mértékadó hidraulikai és termikus paramétereinek kiválasztása mind a primer, mind a szekunder rendszerben –az előremenő vízhőmérséklet t e –a visszatérő vízhőmérséklet t v –keringetett forróvíz tömegáram, illetve térfogatáram –a betáplálási nyomáskülönbség –ennek eszközei heurisztikus módszerek parciális optimalizációk komplex optimalizáció

48 a hidraulikai analízis végrehajtása a mértékadó hidraulikai állapotra és a közbenső üzemállapotokra a nyomásábra meghatározása, a nyomástartás típusának kiválasztása a keringetés rendszerének kiválasztása a hőközpont típusának és kapcsolásának kiválasztása a szabályozórendszerek kiválasztása a biztonsági filozófia primer és szekunder szabályozás a részletes gépészeti tervezés –fogyasztói berendezések –hőközpontok –primer és szekunder vezetékrendszer –hőforrás –primer és szekunder keringetés –nyomástartás

49 Távhőellátó rendszer optimális üzemviteli paramétereinek meghatározása

50

51

52

53

54 Fontosabb következtetések Az optimális primer menetrend meghatározásával beruházás nélkül nyílik lehetőség a költségek csökkentésére. Az optimális primer menetrend megvalósításának eszközei a megfelelő változó tömegáramú rendszerekben rendelkezésre állnak. Ha ismerjük a hő költségét a primer tömegáram és előremenő hőmérséklet függvényében leíró összefüggést, az optimális primer menetrend kapcsoltan termelt hő esetében is meghatározható. Az optimális primer menetrend meghatározásához többféle módszer is alkalmazható. A megfelelő módszert a rendszer kialakítása és a rendelkezésre álló adatok alapján kell megválasztani.

55 Feladatok 1.Változó tengerszint feletti magasságon lévő területet ellátó távhővezeték nyomásdiagramja 2.Lakóépület méretezési hőigényének becslése az éves hőfelhasználás alapján 3.Jelleggörbe szerkesztés: hidraulikai beszabályozás a referencia-felszálló módszerrel

56 Lakóépület méretezési hőigényének becslése az éves hőfelhasználás alapján

57 Köszönöm a figyelmet!