Обоснование выбора системы технического водоснабжения ЛАЭС-2 Круглый стол «Экологические аспекты применения градирен в системах охлаждения АЭС» г.Сосновый Бор г.
Основные вопросы Сравнительный анализ эксплуатации блоков с «сухими и влажными градирнями» не сделан до сих пор. Нельзя не учитывать, что паровой факел захватит и разнесет по ближайшим окрестностям радиационные аэрозоли из вентиляционных труб действующей ЛАЭС. Специалисты-медики уже прогнозируют рост числа заболеваний вызванных этим соседством. На сегодняшний день не проведено исследований о возможных последствиях на здоровье людей и природу всей гаммы растворенных в воде Финского залива химических веществ и биологических компонентов, которые будут выбрасываться «мокрыми» градирнями.
Основные вопросы Паровое облако над «Сосновоборским вулканом» будет накрывать город и ближайшие поселения Ленинградской области. Значительно убавиться количество солнечных дней в нашем и без того пасмурном крае. В зимний период наш город и окрестности обледенеют от непрерывно выпадающей влаги. Особый разговор – о 500-метровой зоне вокруг градирен. В наибольшей степени пострадает эксплуатационный персонал действующей ЛАЭС, сотрудники НИТИ, рабочие и служащие предприятий, расположенных в промзоне.
Основные факторы для выбора системы охлаждения исходные технические требования по мощности энергоблока, референтность, надежность в эксплуатации; местные климатические и гидрологические условия, в т.ч. доступность источника водоснабжения; ограничения по занимаемой площади; требования нормативной документации в области охраны окружающей среды; стоимостные факторы, в т.ч. эксплуатационные расходы.
Водный кодекс РФ от N 74-ФЗ (вступил в силу с) Глава 6. ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ Статья 60. Охрана водных объектов при проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в эксплуатацию, эксплуатации водохозяйственной системы П.4 Проектирование прямоточных систем технического водоснабжения не допускается.
Оборотная система техводоснабжения Преимущества: позволяет резко снизить потребность АЭС в свежей воде и значительно уменьшить сброс тепла в водоисточник Недостатки: по составу сооружений система более сложная, чем прямоточная, дороже в строительстве и эксплуатации
Выполненные работы по сравнению испарительных и «сухих» градирен «Cравнительный анализ эксплуатации блоков с «сухими» и «влажными» градирнями» (ОАО «СПбАЭП», 2005 г.) «Технико – экономические исследования по сравнению «мокрых» и «сухих» градирен применительно к условиям площадки НВАЭС-2» (ОАО «Атомэнергопроект», 2009г.)
Преимущества башенных испарительных градирен достижения требуемых технико- экономических показателей проекта ЛАЭС-2, за счет обеспечения мощности энергоблока 1198 МВт, минимизации затрат на охлаждение, референтность принимаемых решений, положительный опыт эксплуатации на действующих АЭС в России и за рубежом, что позволяет обеспечить требуемый срок реализации проекта (ввод в эксплуатацию в 2013 г.); соответствие требованиям нормативной документации в области охраны окружающей среды
Сухие градирни капитальные затраты на сухие градирни в 3-5 раз превышают затраты на испарительные градирни, существенная недовыработка мощности АЭС, работающей на «сухих» градирнях, которая обусловлена более высокой температурой охлажденной воды отсутствие опыт эксплуатации «сухих» градирен большой мощности в зимних климатических условиях площадки ЛАЭС-2, что снижает надежность работы АЭС управление теплосъемом башенной сухой градирни ведется за счет открытия/закрытия многочисленных жалюзи и включения/выключения теплообменных секций при помощи задвижек с электрическим приводом по сигналам многочисленных датчиков. Надежность работы системы, особенно в сложных погодных условиях, значительно снижена. тепловое воздействие на окружающую среду.
Оценка воздействия градирен на распространение вентиляционных выбросов АЭС Влияние факела градирен на диффузию примеси газоаэрозольного выброса в вентиляционную трубу ЛАЭС-2 приводит к более интенсивному рассеянию радиоактивной примеси при ее распространении вблизи факела. В расчетах вероятных концентраций радионуклидов в приземном воздухе использована 10-летняя статистика метеонаблюдений. Значения факторов разбавления и осаждения исследованы в радиусе до 10 км от источника выброса (включая город Сосновый Бор) в направлении 16 румбов.
Оценка воздействия градирен на распространение вентиляционных выбросов АЭС По консервативным оценкам учет распространения факела градирни при постоянном направлении ветра, совпадающим с направлением от градирни к венттрубе ЛАЭС-2, приводит к увеличению разовых приземных концентраций не более, чем в 2 раза для категорий устойчивости погоды А–D, формирующих загрязнение воздуха на расстояниях до 3 км от АЭС. На расстояниях более 10 км максимальное увеличение концентраций не превысит 40%. Для рассмотренных условий исследованы максимально- возможные индивидуальные дозы облучения критической группы населения, обусловленные номинальными газоаэрозольными выбросами ЛАЭС-2. При вводе в эксплуатацию четырех блоков дозовые нагрузки на критическую группу населения с учетом влияния факелов градирен не превысят уровня безусловно приемлемого риска (менее 10 мкЗв/год) согласно НРБ-99/2009
Оценка воздействия градирен на распространение вентиляционных выбросов действующей ЛАЭС Выбросы инертных газов и 131-йода с 4-х блоков ЛАЭС-2, формирующих в основном дозовую нагрузку на население, не превысят 40% от соответствующего выброса, а, следовательно, и дозовых нагрузок на население, от действующей ЛАЭС. В соответствии с данными Радиевого института им. В.Г.Хлопина [доклад на Международном экологическом форуме «Окружающая среда и здоровье человека», 2008, СПб; доклад на совещании в ОАО «Атомэнергопроект», Москва, 2010] реалистическая оценка эффективных доз для населения от выбросов действующей ЛАЭС в г. не превышала 0,5 мкЗв/год.
Оценка воздействия градирен на распространение вентиляционных выбросов действующей ЛАЭС С учетом отмеченного выше возможного увеличения разовых приземных концентраций в воздухе до 2-х раз дозовые нагрузки от газоаэрозольных выбросов ЛАЭС, попадающих в зону распространения факела градирен ЛАЭС-2, в ближней зоне (до 3-км от источника) не превысят 1 мкЗв/год. При вводе в эксплуатацию четырех блоков ВВЭР дозовые нагрузки на критическую группу населения с учетом влияния факелов градирен не превысят уровня безусловно приемлемого риска (менее 10 мкЗв/год) согласно НРБ-99/2009
Специфические загрязнители в охлаждающей воде градирен Содержание специфических компонентов в воде систем технического водоснабжения (МУ, Роспотребнадзор) должно обеспечивать соблюдение ПДК в воздухе рабочей зоны (ГН). Выполнена предварительная оценка соответствия качества воды (соли токсичных металлов 1-2 кл. опасности) градирен среднесуточным ПДКсс для населения, которые на 1-2 порядка величины более жестки по сравнению с ПДК в воздухе рабочей зоны. Оценка выполнена в соответствии с 1.Руководством МАГАТЭ Рассеяние радиоактивных материалов в воздухе и воде и учет распределения населения при оценке площадки для атомных электростанций. NS-G Требованиями международных стандартов безопасности «Generic Models for Use in Assessing the Impact of discharges of Radioactive Substances to the Environment»(SRS No.19, IAEA, Vienna, 2001)
Специфические загрязнители в охлаждающей воде градирен ЭлементОтносительная к ПДКсс концентрация ТМ в воздухе устья градирни Cu1, Pb1, Ni6, Cd5, Co9, Mn3,210 -3
Специфические загрязнители в охлаждающей воде градирен В воздухе устья градирен (без учета разбавления атмосферным воздухом) относительные к ПДКсс концентрации токсичных металлов не превышают 6, (никель, содержащийся в исходной морской воде). С учетом рассеивающих свойств атмосферы при максимальном факторе рассеивания, принятом равным 10- 4, концентрации токсичных металлов в воздухе ближней зоны ЛАЭС-2 прогнозируются в тысячи раз меньше ПДКсс, что не приведет к сколь-нибудь значимым последствиям для населения и компонентов экосистем.
Ингибиторы и биоциды в воде градирен Для предотвращения коррозии и биологического обрастания в градирнях используются следующие реагенты: Коллоидный углерод Концентрация в воздухе на выходе из градирни = 8, мг/м3 (*) при ПДКс.с. = 5, мг/м3 (по углероду). Гипохлорит натрия Концентрация в воздухе на выходе из градирни = 1, мг/м 3 (*) при ПДКс.с. = 3, мг/м 3 (по хлору). (*) Расчетные концентрации полученные по консервативной методике (SRS No.19, IAEA, Vienna, 2001)
Проведенные государственные экологические экспертизы по ЛАЭС-2 1.Государственная экологическая кспертиза материалов обоснования лицензии Ростехнадзора на размещение блоков 1 и 2 ЛАЭС-2 2.Государственная экологическая экспертиза материалов обоснования лицензии Ростехнадзора на сооружение блоков 1 и 2 ЛАЭС-2 3.Главгосэкспертиза 4.Государственная экологическая экспертиза материалов обоснования лицензии Ростехнадзора на размещение блоков 3 и 4 ЛАЭС-2
Результаты проведенных экологических экспертиз по первой очереди ЛАЭС-2 «Экспертная комиссия государственной экологической экспертизы отмечает, что представленные материалы обоснования лицензии на размещение и сооружение энергоблоков 1 и 2 ЛАЭС-2 по составу и содержанию соответствуют требованиям законодательных актов и нормативных документов Российской Федерации в области охраны окружающей среды. Представленная документация содержит материалы по воздействию энергоблоков 1 и 2 на окружающую среду, в которых отражены природоохранные мероприятия и обоснована экологическая безопасность намечаемой деятельности.»
Обобщенные материалы в составе проекта 2-ой очереди ЛАЭС-2 Многофакторная оценка экологического риска для населения от загрязнений окружающей среды при одновременной (нормальной) эксплуатации ЛАЭС-2 и ЛАЭС в соответствии с Руководством Роспотребнадзора Р, НРБ-99/2009, руководствами МАГАТЭ, Рекомендациями МКРЗ и др.. Оценка последствий для населения, степень загрязнения земель, воздуха, воды, продуктов питания от аварий на энергоблоке в соответствии с рекомендациями МАГАТЭ (Procedures for Conducting Probabilistic Safety Assessments of Nuclear Power Plants (Level 3): Off-Site Consequences and Estimation of Risks to the Public: A Safety Practice. IAEA Safety Series No. 50-P- 12).
Модернизация проекта градирен ЛАЭС-2 в ходе строительства Первоначальное решение энерго- блока Кол-во гради- рен на блок Расход циркуляционной воды, м3/час Потери воды на испарение, % / м3/сут Потери воды с капельным уносом, % / м3/сут Суммарные потери для четырех энергоблоков, м3/сут Блок,1 / ,002 / 3,6 Блок,1 / ,002 / 3,4 Блок,1 / ,002 / 3,4 Блок,1 / ,002 / 3,4 Оптимизированное решение энерго- блока Кол-во гради- рен на блок Расход циркуляционной воды, м3/час Потери воды на испарение, % / м3/сут Потери воды с капельным уносом, % / м3/сут Суммарные потери для четырех энергоблоков, м3/сут Блок,1 / ,001 / 1,8 Блок,1 / ,001 / 1,7 Блок,1 / ,001 / 1,7 Блок,1 / ,001 / 1,7
Модернизация проекта градирен ЛАЭС-2 в ходе строительства В ходе разработки рабочей документации градирен ЛАЭС-2 было достигнуто сокращение потерь воды в количестве м3/сутки. При этом величину потерь с капельным уносом удалось сократить в два раза. Такие результаты достигнуты за счет применения высокоэффективных водоуловителей и обоснования сокращения расхода циркуляционной воды.
Выбор способа обеспечения нормального теплового режима, а также системы охлаждения ЭВС, как правило, производится на ранних стадиях разработки. Выбранный способ охлаждения должен обеспечить нормальный тепловой режим конструкции ЭВС. Под нормальным тепловым режимом понимается выполнение следующих условий: температура всех деталей и узлов конструкции при заданных условиях эксплуатации не должна превышать предельно допустимых температур, указанных в ТУ на детали и узлы; температуры всех деталей и узлов конструкции должны быть таковы, что обеспечивается работа устройства с заданной точностью и надежностью.
Выбор системы охлаждения производится по графикам (рис.1.8.2), которые ограничивают области целесообразного применения того или иного способа охлаждения. Эти области построены по результатам обработки статистических данных о показателях тепловых режимов реальных конструкций, расчетов показателей тепловых режимов по тепловым моделям и экспериментальных данных, полученных на макетах.
Основным показателем, определяющим области целесообразного применения способа охлаждения (рис.1.8.2), является плотность теплового потока
q s = P / S , (1.8.2)
где Р – мощность, выделяемая внутри объема, ограниченного поверхностью теплообмена, Вт; S – площадь поверхности теплообмена.
Рис.1.8.2. Диаграмма выбора способа охлаждения: 1 – естественное воздушное; 2 – естественное и принудительное воздушное; 3 – принудительное воздушное; 4 – принудительное воздушное и жидкостное; 5 - принудительное жидкостное; 6 – принудительное жидкостное и естественное испарительное; 7 – принудительное жидкостное, принудительное и естественное испарительное; 8 – естественное и принудительное испарительное; 9 – принудительное испарительное
Вторым показателем является допустимый перегрев в конструкции
Δ t доп = t э min – t c , (1.8.3)
где t э min – допустимая рабочая температура наименее теплостойкого радиоэлемента; t c – температура окружающей среды.
Для естественного воздушного охлаждения t c = t c max , т.е. соответствует максимальной температуре окружающей среды, заданной в ТЗ. Для принудительного охлаждения t c = t вх , т.е. соответствует температуре воздуха (жидкости) на входе системы охлаждения.
Значения q s и Δ t являются координатами точки, попадающей в одну из областей (рис.1.8.2), каждой из которых соответствует один (незаштрихованная область) или несколько способов охлаждения (заштрихованная область). Для заштрихованных областей диаграммы, где возможно использование двух или трех различных способов охлаждения, способ охлаждения уточняется на более поздних этапах конструирования.
Задание для самостоятельной работы
1. Определить область целесообразного применения способа охлаждения (рис. 1.8.2) при следующих условиях:
Размеры нагретой зоны
L 1 =150+10 N ; L 2 =180+10 N ; L 3 =220+10 N , мм;
Допустимый перегрев
Δ t доп =40 о С;
- мощность, выделяемая внутри нагретой зоны:
Р = (228,557 N – 228, 357)·10 3 , Вт;
где N – номер варианта, задаваемый преподавателем.
Результаты расчетов показателей, определяющих область целесообразного применения способа охлаждения, привести в виде таблицы.
|
Размеры нагретой зоны, м |
Р , Вт |
Δ t , о С |
q s , Вт/м 2 |
||
|
L 1 |
L 2 |
L 3 |
|||
2. Дать характеристику способа охлаждения.
Данная методика является лишь началом гармонизации общей методики, изложенной во всех частях EN 15316, по определению суммарного энергопотребления конечными потребителями (система отопления и горячего водоснабжения), внешними сетями и источниками генерирования энергии (котельной установкой, биоустановкой, солнечными коллекторами, тепловым насосом, когенерационной установкой и др.). Приведенная европейская норма включена в перечень усовершенствований украинской нормативно-правовой базы по энергоэффективности в строительной отрасли «Отраслевой программы повышения энергоэффективности в строительстве на 2010-2014 гг.».
Обращаем внимание, что данная методика является количественным выражением влияющих факторов энергоэффективности систем отопления, изложенных в ДСТУ Б А.2.28:2010, раздел «Энергоэффективность», в составе проектной документации объектов. Однако данная методика пока не является полной. Она не охватывает дополнительных затрат энергии системы отопления — насосом в различных системах отопления, автоматикой и приводами клапанов — изложенных в EN 1531623:2007 «Heating systems in buildings. Method for calculation of system energy requirements and system efficiencies. Part 23: Space heating distribution systems».
Уравнение (1) методики детализируют влияющие факторы различных систем отопления (водяная, электрическая, воздушная, инфракрасная) во всем многообразии их современного технического оснащения. Но пока оно не охватывает новейшего энергоэффективного оборудования для систем отопления, такого как комбинированные клапаны для двухтрубных систем (Danfoss ABQM), термобалансировочные клапаны для однотрубных систем (Danfoss ABQT), которые превзошли на сегодняшний день показатели энергоэффективности технических решений, включенных в уравнение (1).
К сожалению, методика, тем более межгосударственная, разрабатываемая и утверждаемая годами, не поспевает за научно-техническим прогрессом. Также методика охватывает большинство применяемых сегодня технических решений при отоплении зданий и является существенным развитием действующих на Украине нормативных методик, изложенных в п. 6 приложения 12 изм. №1:1996 к СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», а также в п. 5.2 ДСТУН Б А.2.25:2007 «Руководство по разработке и составлению энергетического паспорта зданий».
В методике приведены ссылки на прДСТУН Б В.1.1ХХХ:201Х «Строительная климатология». Данный стандарт выйдет в 2011 г. Также в методике есть ссылки на норматив EN 14336:2004 «Heating systems in buildings. Installation and commissioning of water based heating systems», который необходимо использовать при обязательной наладке систем отопления. Требования этой европейской нормы относительно испытания трубопроводов под давлением уже изложены в ДСТУ Б В.2.544:2010 «Проектирование систем отопления зданий с тепловыми насосами», который модифицирован к EN 15450:2007. С методами гидравлической наладки систем отопления можно ознакомиться в книге В.В. Пыркова «Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика» 2010 г., а также в обучающих фильмах, выложенных на сайте компании Danfoss (www.danfoss.com)*.
Требования к EN 14336:2004 запорно-регулирующей арматуре для наладки состоят в следующем:
❏ перед проектированием системы отопления, проектировщик обязан определиться с методом и приборами для наладки системы и применить запорно-регулирующую (в данном контексте — балансировочную) арматуру, позволяющую реализовать выбранный метод;
❏ комплектация и монтаж системы должны полностью отвечать проекту.
В конце методики приведен пример сопоставления энергопотребления системой электрического и водяного отопления. Пример является реализацией требований п. 5.24 изм. №1:2009 к ДБН В.2.215-2005 «Жилые здания», в соответствии с которыми применение систем электроотопления, за исключением систем электроотопления от возобновляемых источников энергии, требует технического и экономического обоснования. В примере есть ссылки на новую редакцию прДБН В.2.524:201Х «Электрические кабельные системы отопления», с которой вы ознакомитесь в 2011 г.
Обращаем внимание, что в соответствии с требованиями п. 5.24 и 5.25 изм. №1:2009 к ДБН В.2.215-2005 применение местной котельной и квартирных газовых генераторов также требует технического и экономического обоснования. Эти требования адаптированы к положению ст. 6 Директивы 2010/31/ЕС «Energy Performance of Buildings», а также проекта закона Украины «Об энергетической эффективности зданий», в соответствии с которыми местные котельные и квартирные газовые генераторы не входят в перечень альтернативных источников энергии при теплообеспечении зданий. Для осуществления технического и экономического обоснования указанных технических решений необходимо гармонизировать наши нормы к соответствующим частям EN 15316.
Методика
1. Техническое и экономическое обоснование выбора системы отопления здания осуществляют путем сравнения вариантов проектных решений по энергопотреблению.
2. Комплексное определение энергоэффективности проектного решения с учетом энергоэффективности источника энергии, внешних энергопередающих сетей и систем теплопотребления здания рекомендуется осуществлять по методике в EN 15316 (все части).
3. Упрощенное сравнение вариантов проектных решений — лишь по энергоэффективности распределения тепловой энергии системой отопления в здании без учета дополнительных энергозатрат на работу электрооборудования водяной системы отопления (насоса, электроники, электроприводов и др.) — рекомендуется осуществлять по методике в EN 1531621 .
3.1. Варианты проектных решений сравнивают по расчетному расходу тепловой энергии за отопительный период, определяемому по сумме ежемесячных расчетных расходов.
3.2. Для здания с различными внутренними температурными условиями или с конструктивно отличающимися системами отопления сравнение осуществляют соответственно по каждой температурной зоне здания или по зоне действия системы. Здание разделяют на температурные зоны при разности температуры воздуха в отапливаемых помещениях более чем на 3 °C (кроме квартир).
3.3. Расчетный расход тепловой энергии системой отопления здания Qem, ls, год за отопительный период в зависимости от степени детализации влияющих факторов энергоэффективности системы — применяемого оборудования, схемного решения, средств регулирования, характеристик отапливаемого помещения — определяют по уравнению (1):
Здесь fhudr — коэффициент, учитывающий выполнение гидравлической балансировки системы; fim — коэффициент, учитывающий применение периодического теплового режима помещения; frad — коэффициент, учитывающий влияние лучистого теплообмена; ηem — обобщающий коэффициент, учитывающий условия теплоотдачи системы:
где ηstr — коэффициент, учитывающий влияние градиента (стратификации) температуры воздуха в помещении, для некоторых систем — среднее арифметическое коэффициентов ηstr1 (учитывает температуру теплоносителя) и ηstr2 (учитывает условия установки отопительного прибора); ηctr — коэффициент, учитывающий применяемый вид регулирования температуры воздуха в помещении; ηemb — коэффициент, учитывающий теплопоступления в отапливаемое помещение от встроенных нагревательных элементов (для панельно-лучистых систем), для некоторых систем является среднеарифметическим коэффициентов ηemb1 (учитывает тип панельно-лучистой системы) и ηemb2 (учитывает теплоизоляцию панельно-лучистой системы к смежным помещениям).
Дальнейшие переменные в формуле (1): n — количество полных и неполных iх месяцев отопительного периода; Qk — общие теплопотери здания через его тепловую оболочку в iм месяце отопительного периода, кВт⋅ч (определяют в соответствии с 5.3 ДСТУН БА.2.25 , рассчитывая количество градусосуток для полных и неполных месяцев отопительного периода в соответствии с 5.5 прДСТУН Б В.1.1ХХХ:201Х ); Qвн — внутренние теплопоступления в iм месяце отопительного периода, кВт⋅год (определяют в соответствии с 5.8 ДСТУН Б А.2.25, принимая при этом количество градусо-суток полного месяца и неполного месяца в соответствии с табл. 3 прДСТУН Б В.1.1ХХХ:201Х; теплопоступления в других типах зданий определяют по справочным данным для соответствующего оборудования, технологического процесса и др.); Qs — теплопоступления через окна и другие свето-прозрачные ограждающие конструкции здания от суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации при средних условияхоблачности в iм месяце отопительного периода, кВт⋅ч (определяют в соответствии с 5.9 ДСТУН Б А.2.25, принимая интенсивность солнечной радиации за полный месяц и определяя путем интерполирования за неполный месяц отопительного периода в соответствии с табл. 8 прДСТУН Б В.1.1ХХХ:201Х; количество суток неполного месяца определяют в соответствии с табл. 3 прДСТУН Б В.1.1ХХХ:201Х); v — коэффициент утилизации теплопритоков (учитывает способность здания воспринимать теплопритоки), для зданий без автоматического регулирования температуры воздуха в помещениях v = 0, для зданий с автоматическим обеспечением регулирования температуры воздуха в помещениях определяют в соответствии с рис. 1 по критерию тепловой инерции D, который определяют по уравнению (4) в ДБН В.2.631 .
4.3.1. Влияющие факторы энергоэффективности водяной системы отопления с отопительными приборами (радиатор, конвектор и др.) в помещениях высотой не более 4 м представлены в табл. 1 и 2. Коэффициент, учитывающий применение периодического теплового режима помещений, принимают fim = 0,97. Коэффициент, учитывающий влияние лучистого теплообмена, принимают frad = 1,0. Коэффициент, учитывающий гидравлическую наладку системы fhudr, принимают в соответствии с табл. 2.
4.3.2 . Влияющие факторы энергоэффективности панельно-лучистой водяной или электрической системы отопления с интегрированными в строительные конструкции нагревательными панелями в помещениях высотой не более 4 м представлены в табл. 3 и 4.
Коэффициент, учитывающий применение периодического теплового режима помещений, принимают fim = 0,98. Коэффициент, учитывающий влияние лучистого теплообмена, принимают frad = 1,0. Коэффициент, учитывающий гидравлическую наладку системы fhudr, принимают в соответствии с табл. 4.
4.3.3. Влияющие факторы энергоэффективности электрической системы отопления в помещениях высотой не более 4 м представлены в табл. 5. Коэффициент, учитывающий применение периодического теплового режима помещений, принимают fim = 0,97 (применяют в системах с интегрированной обратной связью). Коэффициент, учитывающий влияние лучистого теплообмена, принимают frad = 1,0.
4.3.4. Влияющие факторы энергоэффективности воздушного отопления нежилых зданий с помещениями высотой не более 4 м представлены в табл. 6.
4.3.5. Влияющие факторы энергоэффективности систем в помещениях высотой от 4 до 10 м (здания со значительным внутренним пространством) представлены в табл. 7. Параметры системы воздушного отопления:
❏ для промежуточной высоты помещения определяют как арифметическое среднее для систем с вертикальными или горизонтальными струями;
❏ для панельно-лучистой системы водяного отопления при высоте размещения не более 4 м принимают параметр ηem для высоты помещения 4 м; при этом ηrad = 1.
Величину коэффициента, учитывающего влияние лучистого теплообмена, принимают frad = 0,85. Данный коэффициент является усредненным для разных систем в помещениях со значительным внутренним пространством.
4.3.6. Влияющие факторы энергоэффективности систем в помещениях высотой более 10 м (здания со значительным внутренним пространством) представлены в табл. 7. Параметры системы воздушного отопления (ВО) при промежуточной высоте помещения определяют как арифметическое среднее для систем с горизонтальными или вертикальными струями.
Коэффициент, учитывающий влияние лучистого теплообмена, принимают frad = 0,85. Данный коэффициент является усредненным для разных систем в помещениях со значительным внутренним пространством.
4.4. Пример
4.4.1. Условие: в здании с помещениями высотой до 4 м сравнить электрическую кабельную систему отопления прямого действия (ЕКС ОПД) с радиаторной системой центрального водяного отопления.
4.4.2. Исходные данные: теплопотери здания за отопительный период, определенные как сумма ежемесячных теплопотерь, составляет 150 кВт⋅ч/год. Помещения с автоматическим регулированием температуры воздуха. Значения параметров ЕКС ОПД в соответствии с 4.3.2.:
❏ двухпозиционное регулирование (величина ηctr = 0,91);
❏ помещения с сухими полами (величнина ηstr = 1, ηemb1 = 0,96);
❏ нагревающие панели с минимальной теплоизоляцией в соответствии с 5.2.2 прДБН В.2.524 ηemb2 = 0,95;
❏ применение периодического теплового режима помещений fim = 0,98, влияние лучистого теплообмена frad = 1,0; \
❏ гидравлическая наладка системы fhudr не учитывается.
Значения параметров водяной системы отопления в соответствии с 4.3.1.:
❏ Прегулирование (2 K) терморегуляторами на приборах отопления ηctr = 0,93;
❏ температурный напор 60 K (при 90/70)ηstr1 = 0,93;
❏ отопительные приборы установлены у внешних стен с окнами без радиационной защиты ηstr2 = 0,83, ηemb = 1;
❏ применение периодического теплового режима fim = 0,98;
❏ влияние лучистого теплообмена (величина frad = 1,0);
❏ гидравлическая наладка системы автоматическими балансировочными клапанами для каждой квартиры (количество радиаторов в квартирах не превышает восьми) fhudr = 1,0.
4.4.3. Расчетный расход тепловой энергии за отопительный период ЕКС ОПД в соответствии с уравнениями (1) и (2):
Расчетный расход тепловой энергии за отопительный период водяной системой отопления в соответствии с уравнениями (1) и (2) без учета дополнительного расхода энергии на работу электрооборудования (насоса, электроники, электроприводов клапанов и пр.) а также без учета потерь энергии в источнике энергии и теплосетях:
4.4.4. Расчетный расход тепловой энергии за отопительный период ЕКС ОПД в сравнении с водяной системой центрального отопления меньше на:
что составляет:174,95 - 166,85 = 8,1 кВт.
- EN 1531621:2007. Heating systems in buildings. Method for calculation of system energy requirements and system efficiencies. Part 21.
- ДСТУ Б А.2.28:2010. Розділ «Енергоефективність» у складі проектної документації об’єктів.
- ДСТУН Б А.2.25:2007. Настанова з розроблення та складання енергетичного паспорта будівель.
- прДСТУН Б В.1.1ХХХ:201Х. Будівельна кліматологія. 5. ДБН В.2.631:2006. Теплова ізоляція будівель.
- EN ISO 13790:2008. Energy performance of buildings. Calculation of energy use for space heating and cooling.
- EN 14336:2004. Heating systems in buildings. Installation and commissioning of water based heating systems.
- прДБН В.2.524:201Х. Електрична кабельна система опалення.
Выбор системы охлаждения для РЭА заданного типа. Способ охлаждения во многом определяет конструкцию РЭА, поэтому даже на ранней стадии проектирования, т. Е. На стадии технического предложения или эскизного проекта, необходимо выбрать систему охлаждения РЭА. Неудачное решение этой задачи может обнаружиться только на более поздних этапах конструирования (детальная проработка конструкции, испытание опытного образца и т. П.), что может свести на нет работу большого коллектива, а сроки создания РЭА значительно увеличатся.
На первых этапах проектирования в распоряжении конструктора имеется техническое задание (ТЗ), в котором обычно содержится следующая весьма ограниченная информация:
Суммарная мощность Ф тепловыделения в блоке;
Диапазон возможного изменения температуры окружающей среды
Пределы изменения давления окружающей среды -
Время непрерывной работы прибора -
Допустимые температуры элементов-
Коэффициент заполнения аппарата
(12.1)
Где Vi - объем i-гo элемента РЭА; п - число элементов; V- объем, занимаемый РЭА. Требуется также задать горизонтальные (Li, L2) и вертикальные (L3) размеры корпуса РЭА. Эти исходные данные недостаточны для детального анализа теплового режима РЭА, но их можно использовать для предварительной оценки и выбора системы охлаждения. Последний носит вероятностный характер, т. Е, дает возможность оценить вероятность обеспечения, заданного по ТЗ теплового режима РЭА при выбранном способе охлаждения. По результатам обработки статистических данных для реальных конструкций, детальных тепловых расчетов и данных испытания макетов были построены графики (рис. 12.1), характеризующие области целесообразного применения различных способов охлаждения. Эти графики построены для непрерывной работы РЭА и связывают два основных показателя: 
. Первый показатель 
перегрев относительно окружающей среды tc корпуса наименее теплостойкого элемента, для которого допустимая и приведенная в ТЗ температура имеет минимальное значение.
Заметим, что для свободного охлаждения т. Е. Соответствует максимальной температуре окружающей среды по ТЗ; для принудительного охлаждения т. Е. Соответствует температуре воздуха (жидкости) на входе в РЭА. Второй показатель q равен плотности теплового потока, проходящего через условную площадь поверхности теплообмена:
(12.2)
Рисунок 12.1 Области целесообразного применения различных способов охлаждения
Где Ф - суммарная мощность, рассеиваемая с этой поверхности; коэффициент, учитывающий давление воздуха (при атмосферном давлении коэффициент заполнения, определяемый по формуле (12.1).
На рис. 12.1 представлены два типа областей: в одном можно рекомендовать применение какого-либо одного способа охлаждения (не заштрихованы: 1 - свободное воздушное, 3 - принудительное воздушное, 5-принудительное испарительное); в другом возможно применение двух или трех способов охлаждения (заштрихованы: 2 - свободное и принудительное воздушное, 4 - принудительное воздушное и жидкостное, 6 - принудительное жидкостное и свободное испарительное, 7- принудительное жидкостное, принудительное и свободное испарительное, 8 -свободное принудительное и свободное испарительное, 9-свободное и принудительное испарительное) .
Верхние кривые рис. 2.1 обычно применяют для выбора охлаждения больших элементов - крупногабаритных ламп, магнитов, дросселей и т. П. Нижние кривые используют для выбора системы охлаждения блоков, стоек и т. П., выполняемых на дискретных микроминиатюрных элементах.
Если показатели РЭА попадают в заштрихованную область (возможно применение двух и трех способов охлаждения), то задача выбора способа охлаждения осложняется и требуются более детальные расчеты.
Приведем дополнительные данные, позволяющие учесть давление воздуха; в формуле (12.2) последнее учитывается коэффициентом kp, который был найден на основании расчетов и экспериментов. С уменьшением давления воздуха температура элементов РЭА возрастает; обозначим давление воздуха снаружи блока р1 а внутри - р2 для герметичного блока значение kp приведено в приложении (см. Табл. А.11). Коэффициент kp учитывает ухудшение охлаждения РЭА при пониженном давлении только в условиях свободной конвекции воздуха.
Заметим, что выбор системы охлаждения не сводится только к определению области охлаждения, необходимо также учитывать техническую возможность осуществления данного способа охлаждения РЭА, т. Е. Массу, объем, потребляемую мощность. Как показывает опыт, при рациональном проектировании можно обеспечить заданный тепловой режим бортовых РЭА при удельном расходе воздуха не выше 180-250 кг/(ч*квт).
Для стационарных РЭА, где менее жесткие ограничения по габаритам, массе, энергопотреблению расход воздуха может быть увеличен до 250-350 кг/(ч-квт). Для РЭА, охлаждаемых с помощью воздуха, тепловой режим изучен наиболее полно. В этих случаях можно не только рекомендовать ту или иную систему воздушного охлаждения, но и оценить вероятность, с которой выбранная система охлаждения позволит обеспечить заданный тепловой режим.
Теплообменники РЭС.
Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Такие аппараты многочисленны и по своему технологическому назначению и конструктивному оформлению весьма разнообразны. По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные.
Рекуперативными называются такие аппараты, в которых теплота от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их стенку. Примером таких аппаратов являются парогенераторы, подогреватели, конденсаторы и т. п.
Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При протекании горячей жидкости теплота воспринимается стенками аппарата и в них аккумулируется, при протекании холодной жидкости эта аккумулированная теплота ею воспринимается. Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, воздухоподогреватели доменных печей и др.
В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи теплоты неизбежно связан с поверхностью твердого тела. Поэтому такие аппараты называются также поверхностными.
В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путем непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случае теплопередача протекает одновременно с материальным обменом. Примером таких теплообменников являются башенные охладители (градирни), скрубберы и др.Специальные названия теплообменных аппаратов обычно определяются их назначением, например, парогенераторы, печи, водоподогреватели, испарители, перегреватели, конденсаторы, деаэраторы и т. д. Однако несмотря на большое разнообразие теплообменных аппаратов по виду, устройству, принципу действия и рабочим телам, назначение их в конце концов одно и то же, это - передача теплоты от одной, горячей, жидкости к другой, холодной. Поэтому и основные положения теплового расчета для них остаются общими.
Теплообменники отличаются характеристиками распределения температур по длине канала:
где T 1 ’ и T 2 ’ – температуры на входе теплообменника; T 1 "" и T 2 "" – на выходе.
Все теплообменники классифицируются на две группы, исходя из условий теплообмена. Передача тепла от горячего теплоносителя к холодному может идти либо через твердую стенку, либо через фазовую границу раздела. Через твердую стенку – рекуперативный теплообменник, через фазовую границу – градирня.
В справочниках ОСТ приведены характеристики теплообменников, выпускаемых промышленностью для РЭС.
Основная характеристика теплообменников – удельная площадь теплообменной поверхности:
; S уд ≈ 4500 и более.
Особенности работы теплообменных аппаратов:
1. Режим движения теплоносителя. В теплоносителе должен быть реализован турбулентный режим. Газ – V ≈ 100 ÷ 150 м/c; жидкость – V ≈ 2,5 ÷ 3 м/c. Режимы, которые реализуются в теплообменнике, должны быть выбраны оптимальным образом.
2. Тепловое проектирование теплообменников сводится к выполнению конструкторского и проверочного расчетов.
а) При выполнении конструкторского расчета осуществляется проектирование аппарата, цель расчета состоит в определении рабочей площади поверхности теплообменника, если заданы массовые расходы горячего и холодного теплоносителя, их температуры на входе и выходе, а также их удельные теплоемкости.
б) Проверочный расчет осуществляют для теплообменника с известной площадью поверхности (например, для сконструированного теплообменника). Цель расчета - определить значения температур теплоносителя на выходе из теплообменника и потока Ф теплоты, передаваемого от горячего теплоносителя к холодному, то есть установить рабочий режим аппарата.
