Transcript EPGEP_7.ppt
Nyomástartás A változó tömegáramú keringetés gazdasági előnyei Távhővezeték hővesztesége Kritikus hőszigetelési vastagság Feladatok Hőszállítás Épületenergetika B.Sc. 6. félév 2009. március 23. 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. A nyomástartást befolyásoló tényezők • a folyadéktöltet rugalmassági viszonyai • a határolószerkezetek rugalmassági viszonyai • a folyadéktöltetben és a határolószerkezetekben az instacioner hőmérséklet-viszonyok miatt fellépő térfogatváltozások • folyadékveszteségek • a hálózat nyomásvesztesége • domborzati viszonyok 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). 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 A nyomástartás kapcsolása szerint • alsópontos nyomástartás (nyomott) • felsőpontos nyomástartás (szívott rendszer) • közbensőpontos (műpontos) nyomástartás KT KS H PS Alsópontos statikus nyomástartás F H KS PS Alsópontos dinamikus nyomástartás F KT H PS KS Felsőpontos statikus nyomástartás F H PS KS Felsőpontos dinamikus nyomástartás F H KT KS PS Közbenső (műpontos) statikus nyomástartás F H KS PS Közbenső (műpontos) dinamikus nyomástartás F Különböző nyomástartási megoldások nyomásdiagramja 1000 900 800 nyomvonalhossz (m) 700 előremenő, felsőpontos 600 visszatérő, felsőpontos 500 előremenő, alsópontos visszatérő, alsópontos 400 előremenő, műpontos 300 visszatérő, műpontos 200 nyomástartás 100 0 0 100 200 300 400 500 nyomás (kPa) 600 700 800 900 1000 Változó tömegáramú távhőhálózat fordulatszám-szabályozott szivattyúval Szigetelt cső hőátbocsátási tényezője dt dt Q F 2rl dr dr Q dr dt 2l r Q t ln r C 2l az r = r1→ t = t1 peremfeltételből: Q t1 ln r1 C 2l Q r t1 t ln 2l r 1 Q C t1 ln r1 2l t1 t 2 Q 2 l r2 ln r1 hőátadás a cső belső és külső felületén: Q b 2r0l (t0 t1 ) Q k 2rk l (tn tk ) Q (t0 t1 ) b 2r0l Q (tn tk ) k 2rk l a külső és belső hőmérséklet közötti különbség: n 1 t ti t0 t1 ti 1 ti t n tk 1 n 1 ri 1 Q Q Q t ti ln b 2r0l 1 2l ri k 2rk l n 1 ri 1 Q Q Q t ti ln b 2r0l 1 2l ri k 2rk l A vezetékmenti hőátbocsátási tényező 1 méter hosszú vezetékszakasz hőleadása 1°C hőmérsékletkülönbség esetén; [kl]=W/mK Q kAt klDt kl lt kD kl Q kAt kl lt Q ql kl t l Q kl lt n 1 ri 1 Q Q Q t ti ln b 2r0 l ri k 2rk l 1 2 l n 1 ri 1 1 lt 1 1 1 ln kl Q b 2r0 ri k 2rk 1 2 kl 1 n 1 ri 1 1 1 1 ln b 2r0 ri k 2rk 1 2 A forróvíz lehűlésének számítása Politropikus, súrlódásos, kívülről fűtött vagy hűtött stacionárius áramlás állandó áramlási keresztmetszetű csőben A mozgási egyenlet: Euler-egyenlet: dw dp 2 w w dz dz 2D wi wi p i, j wj g x j xi x j w 1 ( w) w gradp g dw dp 2 w v w dz dz 2 D Az energiaegyenlet: d w2 q u pv dz 2 m Differenciálva: du dp dv dw v p w dz dz dz dz q m Mivel a közeg összenyomhatatlan, ezért dv p 0 dz du dp dw q vw dz dz dz m így A mozgási egyenletet az energiaegyenletbe helyettesítve du 2 q dz Mivel u = c T, ezért Ha 2D w m dT 2 m c w V q dz 2 D q kU (T Tk ) q kUt akkor d t 2 m c w V kUt dz 2D A peremfeltétel: z=0 t t0 d t 2 kU w t A B t dz 2 Dc m c A differenciálegyenlet a szétválasztás után d t dz A Bt ln( A Bt ) Bz C A Bt Ce A peremfeltételből C A BΔt0 Bz A C Bz t e B B A C t0 B B A A Bt0 Bz A A t z e t0 e Bz B B B B kU 2 2 z w m w m c m e t z t0 2 DkU 2 DkU 70 60 50 hőmérséklet C t t külső 40 t vége 30 20 10 0 0 5000 10000 15000 távolság m 20000 25000 t q kl t R R 1 kl R d D 1 1 1 D 1 1 ln k1 ln 1 ln k1 b1 d1 21 d1 2szig1 d k1 2burk1 D1 k1 Dk1 d k1 Dk1 1 1 1 D1 1 1 R1 ln ln ln b1 d1 21 d1 2szig1 d k1 2burk1 D1 k1 Dk1 R2 d D 1 1 1 D 1 1 ln k 2 ln 2 ln k 2 b 2 d 2 22 d 2 2szig2 d k 2 2burk2 D2 k 2 Dk 2 A védőcsatorna egyenértékű átmérője: 4A 4 a b De K 2(a b) Ezzel a talaj hővezetési ellenállása: 1 2h Rt ln 2t De 2h 1 De 2 A védőcsatorna hőmérlege: q1 q2 qt q szell (t1 tcs ) (t 2 tcs ) (tcs tt ) V c (tcs t k ) R1 R2 Rt t1 R2 Rt t 2 R1 Rt tt R1 R2 R1 R2 Rt V c t k tcs R2 Rt R1 Rt tR1 R2 R1 R2 Rt V c (t1 tcs ) (t 2 tcs ) q q1 q 2 R1 R2 Közvetlen fektetésű távvezeték-pár hővesztesége A távvezetéki hőveszteség aránya a szállított hőmennyiséghez A számítást kétféle fektetési mód felvételével végeztük el: ISOPLUS köpenycsöves fektetés Vasbeton védőcsatornában vezetett távvezetékpár A távvezeték mérete: Külső csőátmérő: 219 mm Belső csőátmérő: 211 mm A hőszigetelés külső átmérője: ISOPLUS: 301 mm Védőcsat.: 319 mm Fektetési mélység: 1,2 m A számításokat 1000 m hosszú vezetékre végeztük el. A hőszigetelés hővezetési tényezője ISOPLUS: 0,027 W/m,K Védőcsat.: 0,27 W/m,K üzemi hővez. tény Vízsebesség, m/s Éves hőveszteség, GJ/év, illetve arány, % Éves szállított hőmennyiség, GJ/év Vb. védőcsatorna ISOPLUS 0,5 52 346,8 1,0 104 693,5 1,5 157 040,3 2,9 1531,8 1,5 1,0 12,0 6291,7 6,0 4,0 A számítást a védőcsatornában vezetett távvezeték esetében tervezési hővezetési tényezőre is elvégeztük (0,045 W/m,K), és az eredmény alig tér el az ISOPLUS fektetésre kapott értékektől. A hőszigetelés kritikus vastagsága fajlagos hőátbocsátási tényező: a szigetelés vastagságával befolyásolható: szélsőérték: Például: ha αk=10 W/m2K; λszig=0,04 W/mK ha αk=10 W/m2K; λszig=1 W/mK →Dkrit=0,008 m →Dkrit=0,2 m A fajlagos hőátbocsátási tényező változása a szigetelés vastagságának függvényében, különböző hővezetési tényezőkre 5 fajlagos hőátbocsátási tényező (W/mK) 4,5 4 λ=0,05 3,5 λ=0,4 3 2,5 λ=0,8 2 1,5 λ=1,5 1 0,5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 szigetelési vastagság (cm) Köszönöm a figyelmet!