Determinação de perdas de calor, ou o que é, um levantamento de imagem térmica de uma casa

1. EQUAÇÕES DO EQUILÍBRIO DE CALOR DIRETO E INVERSO

O quadro mais completo do desempenho econômico da caldeira de um navio é dado pelo balanço de calor, que mostra quanto calor entra na caldeira, qual parte dele é usada de forma útil (para produção de vapor) e qual parte é perdida.

O balanço térmico é a aplicação da lei da conservação da energia à análise do processo de trabalho de uma caldeira. Ao analisar o processo de trabalho da caldeira no modo estacionário (ou estável) de sua operação, o balanço térmico é compilado com base nos resultados dos testes térmicos. V

Em termos gerais, a equação do balanço de calor tem a forma
i=n
QLOW = Q1 + ∑QPOT,i	(4,1)
i=2

onde QPOD é a quantidade de calor fornecida à caldeira a vapor, kJ/kg; Q1 – calor útil, kJ/kg;

QPOT - perdas de calor, kJ/kg

No método de cálculo padrão desenvolvido para caldeiras estacionárias, recomenda-se levar em consideração todo o calor fornecido ao forno a partir de 1 kg de combustível (Fig. 4.1), ou seja,

Q	DEBAIXO	= Q	P	=QP+Q+Q	B	+Q	ETC	(4,2)
		H T

onde QHP é o poder calorífico líquido da massa de trabalho do combustível, kJ/kg;

QT, QB, QPR - a quantidade de calor introduzida, respectivamente, com combustível, ar e vapor, que é fornecida para atomização do combustível, kLJ/kg.

Os três últimos valores são determinados da seguinte forma. Calor físico do combustível

QT	= cTtT	(4,3)

onde cT é a capacidade calorífica do combustível em sua temperatura de aquecimento tT, kJ/(kg K)

O valor de QB leva em consideração apenas o calor recebido pelo ar fora da caldeira, por exemplo, em um aquecedor de ar a vapor. Com o layout usual da caldeira com aquecimento de ar a gás, é igual à quantidade de calor introduzida no forno com ar frio, ou seja,

QB = QXB =αV ocXBtXB =αI ХВ	(4,4)
onde α é o coeficiente de excesso de ar;
сХВ – capacidade de calor do ar frio na temperatura tXB;
I XB- entalpia da quantidade teórica de ar V, kJ/kg
A quantidade de calor fornecida ao forno com vapor para pulverização de óleo combustível,
QPR =	GPR	(iPR −i")	(4,5)
	BK

onde GPR é o consumo de vapor para atomização do combustível VC, kg/h;

iPR, i” – entalpia de vapor para atomização de combustível e vapor saturado seco em gases de combustão, kJ/kg.

O valor de i” na equação (4.5) pode ser tomado igual a 2500 kJ/kg, o que corresponde a uma pressão parcial de vapor de água nos gases de combustão pH2O de 0,01 MPa.

Para caldeiras marítimas, a quantidade definidora na equação (4.2) é QHP, uma vez que a soma dos demais termos não excede 1% de QP. A esse respeito, ao compilar o balanço térmico de caldeiras marítimas, geralmente é obtido quando o ar é aquecido por gases de combustão QPOD \u003d QHP e quando

aquecido com vapor QPOD = QHP +QB . Neste caso, a primeira equação é a principal, pois o vapor

Tipos de desperdício de calor

Cada local tem seu próprio tipo de consumo de calor. Vamos considerar cada um deles com mais detalhes.

Sala da caldeira

Nele é instalada uma caldeira, que converte o combustível e transfere energia térmica para o refrigerante. Qualquer unidade perde parte da energia gerada devido à combustão insuficiente de combustível, saída de calor pelas paredes da caldeira, problemas de sopro. Em média, as caldeiras usadas hoje têm uma eficiência de 70-75%, enquanto as caldeiras mais novas fornecerão uma eficiência de 85% e seu percentual de perdas é muito menor.

Um impacto adicional no desperdício de energia é exercido por:

1. falta de ajuste oportuno dos modos da caldeira (as perdas aumentam em 5-10%);
2. discrepância entre o diâmetro dos bicos dos queimadores e a carga da unidade térmica: a transferência de calor é reduzida, o combustível não queima completamente, as perdas aumentam em média 5%;
3. limpeza insuficientemente frequente das paredes da caldeira - aparecem incrustações e depósitos, a eficiência do trabalho diminui em 5%;
4. a falta de meios de monitoramento e ajuste - medidores de vapor, medidores de eletricidade, sensores de carga de calor - ou sua configuração incorreta reduz o fator de utilidade em 3-5%;
5. rachaduras e danos nas paredes da caldeira reduzem a eficiência em 5-10%;
6. o uso de equipamentos de bombeamento desatualizados reduz os custos da casa de caldeiras para reparo e manutenção.

Perdas em tubulações

A eficiência do aquecimento principal é determinada pelos seguintes indicadores:

1. Eficiência das bombas, com a ajuda das quais o refrigerante se move pelos tubos;
2. qualidade e método de colocação do tubo de calor;
3. configurações corretas da rede de aquecimento, da qual depende a distribuição de calor;
4. comprimento da tubulação.

Com o dimensionamento adequado da rota térmica, as perdas padrão de energia térmica nas redes térmicas não ultrapassarão 7%, mesmo que o consumidor de energia esteja localizado a uma distância de 2 km do local de produção do combustível. De fato, hoje nesta seção da rede, as perdas de calor podem chegar a 30% ou mais.

Perdas de objetos de consumo

É possível determinar o consumo excessivo de energia em uma sala aquecida se houver um medidor ou medidor.

As razões para este tipo de perda podem ser:

1. distribuição desigual de aquecimento em toda a sala;
2. o nível de aquecimento não corresponde às condições climáticas e à estação;
3. falta de recirculação do abastecimento de água quente;
4. falta de sensores de controle de temperatura em caldeiras de água quente;
5. tubos sujos ou vazamentos internos.

Cálculo do balanço térmico da caldeira. Determinação do consumo de combustível

Balanço térmico da caldeira

A elaboração do balanço térmico da caldeira consiste em estabelecer a igualdade entre a quantidade de calor que entra na caldeira, denominada calor disponível Q_P, e a quantidade de calor útil Q₁ e perdas de calor Q₂, Q₃, Q₄. Com base no balanço de calor, a eficiência e o consumo de combustível necessário são calculados.

O balanço térmico é compilado em relação ao estado térmico de estado estacionário da caldeira por 1 kg (1 m3) de combustível a uma temperatura de 0°C e uma pressão de 101,3 kPa.

A equação geral do balanço de calor tem a forma:

QP + Qin.in = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6, kJ/m3, (2.4.1-1)

onde Q_P — calor disponível do combustível; Q_v.vn - calor introduzido na fornalha pelo ar quando é aquecido fora da caldeira; Q_f - calor introduzido no forno por jacto de vapor (vapor "bocal"); Q₁ - calor útil; Q₂ — perda de calor com gases de combustão; Q₃ - perda de calor por incompletude química da combustão de combustível; - perda de calor por incompletude mecânica de combustão de combustível; Q₅ — perda de calor do resfriamento externo; Q₆ — perda de calor da escória.

Ao queimar combustível gasoso na ausência de aquecimento de ar externo e jato de vapor, os valores de Q_v.vn, Q_f, Q₄, Q₆ são iguais a 0, então a equação de balanço de calor ficará assim:

Q_P = Q₁ +Q₂ +Q₃ +Q₅, kJ/m3. (2.4.1-2)

Calor disponível de 1 m3 de combustível gasoso:

Q_P = Qd_eu +i_tl, kJ/m3, (2.4.1-3)

onde Qd_eu — poder calorífico líquido do combustível gasoso, kJ/m3 (ver quadro 1); eu_tl — calor físico do combustível, kJ/m3. É levado em consideração quando o combustível é aquecido por uma fonte de calor externa. No nosso caso, isso não acontece, então Q_P = Qd_eu, kJ/m3, (2.4.1-4)

Q_P = 36 800 kJ/m3. (2.4.1-5)

Perda de calor e eficiência da caldeira

A perda de calor é geralmente expressa em % do calor disponível do combustível:

etc. (2.4.2-1)

A perda de calor com gases de combustão para a atmosfera é definida como a diferença entre as entalpias dos produtos de combustão na saída da última superfície de aquecimento (economizador) e o ar frio:

, (2.4.2-2)

onde eu_Uau = ENTRADA _CE é a entalpia dos gases de saída. Determinado por interpolação de acordo com a tabela 7 para uma determinada temperatura de gás de combustão t_Uau°С:

, kJ/m3. (2.4.2-3)

b_Uau = bN_CE — coeficiente de excesso de ar atrás do economizador (ver Tabela 3);

eu_0.h.v. é a entalpia do ar frio,

eu_0.x.v = (ct)_v*VH = 39,8*VH, kJ/m3, (2.4.2-4)

onde (ct)_v \u003d 39,8 kJ / m3 - entalpia de 1 m3 de ar frio em t_h.v. = 30°С; VH é o volume de ar teórico, m3/m3 (ver Tabela 4) = 9,74 m3/m3.

eu_0.x.v = (ct)_v*VH = 39,8*9,74 = 387,652 kJ/m3, (2.4.2-5)

De acordo com a tabela de parâmetros de caldeiras a vapor t_Uau = 162°С,

,(2.4.2-6)

(2.4.2-7)

Perda de calor por combustão incompleta química q₃ , %, é devido ao calor total de combustão dos produtos de combustão incompleta que permanecem nos gases de combustão (CO, H₂, CH₄ e etc). Para a caldeira projetada, aceitamos

q₃ = 0,5%.

Perda de calor do resfriamento externo q₅ , %, tomado de acordo com a tabela 8, dependendo da saída de vapor da caldeira D, kg/s,

kg/s, (2.4.2-8)

onde D, t/h - dos dados iniciais = 6,73 t/h.

Tabela 8 - Perdas de calor do resfriamento externo de uma caldeira a vapor de superfície traseira

Saída nominal de vapor da caldeira D, kg/s (t/h)	Perda de calor q5 , %
1,67 (6)	2,4
2,78 (10)	1,7
4,16 (15)	1,5
5,55 (20)	1,3
6,94 (25)	1,25

Encontrando o valor aproximado de q₅ , %, para uma capacidade nominal de vapor de 6,73 t/h.

(2.4.2-9)

Perda total de calor na caldeira:

Yq = q₂ + q₃ + q₅ = 4,62 + 0,5 + 1,93 = 7,05 % (2.4.2-10)

Eficiência da caldeira (bruto):

h_PARA \u003d 100 - Yq \u003d 100 - 7,05 \u003d 92,95%. (2.4.2-11)

Medidas para reduzir a perda de calor da superfície das tubulações

A economia de energia durante o transporte de energia térmica depende principalmente da qualidade do isolamento térmico. As principais medidas de economia de energia que reduzem a perda de calor da superfície das tubulações são:

isolamento de áreas não isoladas e restauração da integridade do isolamento térmico existente;

restauração da integridade da impermeabilização existente;

aplicação de revestimentos que consistem em novos materiais isolantes térmicos ou uso de tubulações com novos tipos de revestimentos isolantes térmicos;

isolamento de flanges e válvulas.

O isolamento de seções não isoladas é uma medida primária de economia de energia, uma vez que as perdas de calor da superfície das tubulações não isoladas são muito grandes em comparação com as perdas da superfície das tubulações isoladas, e o custo de aplicação do isolamento térmico é relativamente baixo.

Novos tipos de revestimentos isolantes de calor devem ter não apenas baixa condutividade térmica, mas também baixa permeabilidade ao ar e à água, bem como baixa condutividade elétrica, o que reduz a corrosão eletroquímica do material do tubo.

Em caso de violação da integridade da camada de revestimentos impermeabilizantes, ocorre um aumento no teor de umidade do isolamento térmico. Uma vez que a condutividade térmica da água na faixa de temperatura da rede de aquecimento X= 0,6 - 0,7 W / (m • K), e a condutividade térmica dos materiais de isolamento térmico é geralmente A,_{a partir de} \u003d 0,035 -4-0,05 W / (m • K), então molhar o material pode aumentar sua condutividade térmica várias vezes (na prática, mais de 3 vezes).

O umedecimento do isolamento térmico contribui para a destruição das tubulações devido à corrosão de sua superfície externa, o que faz com que a vida útil das tubulações seja reduzida várias vezes. Portanto, um revestimento anticorrosivo é aplicado à superfície metálica do tubo, por exemplo, na forma de esmaltes de silicato, isol, etc.

Atualmente, as tubulações de calor do tipo "pipe in pipe" com isolamento de espuma de poliuretano em um invólucro à prova d'água com controle remoto da integridade do isolamento estão sendo amplamente introduzidas. Este projeto prevê o pré-isolamento com espuma de poliuretano e fechamento em polietileno não só dos tubos, mas também de todos os componentes do sistema (conexões esféricas, compensadores de temperatura, etc.). As tubulações de calor deste projeto são colocadas no subsolo sem canais e proporcionam economias significativas de energia devido à pré-fabricação de elementos isolados individuais na fábrica e à alta impermeabilidade ao calor e à umidade. A operação bem-sucedida de tubulações pré-isoladas requer instalação de alta qualidade. Ao mesmo tempo, eles podem funcionar sem substituição por até 30 anos.

As medidas preventivas para reduzir a perda de calor da superfície das tubulações são: prevenção de inundação das tubulações como resultado da instalação de drenos (se não estiverem disponíveis) e da manutenção dos mesmos; ventilação dos canais de passagem e não passagem para evitar a entrada de condensado na superfície do isolamento térmico.

Outra medida que reduz a perda de calor da superfície das tubulações é a transição do sistema de fornecimento de calor para um gráfico de temperatura mais baixa (de 150/70 a 115/70 ou 95/70 °C/°C), o que leva a uma diminuição a diferença de temperatura do transportador de calor na tubulação de fornecimento e ambiente. No entanto, isso exigirá um fluxo maior de refrigerante através do sistema para transferir a quantidade necessária de calor para o consumidor. Para fazer isso, você precisa aumentar o custo da eletricidade para acionar as bombas.Portanto, para determinar a viabilidade da realização do evento em questão, é necessário um estudo de viabilidade.

Cálculo térmico da câmara de combustão

Usando os dados de projeto da caldeira, elaboraremos um esquema de cálculo para o forno.

Arroz. 2.1 - Esquema da câmara de combustão

Apresentamos o cálculo do forno na tabela 2.3.

Tabela 2.3

Valor calculado	Designação	Dimensão	Fórmula ou justificativa	Pagamento
Diâmetro e espessura dos tubos de tela	dx	milímetros	De acordo com o desenho	32x6
Passo do tubo	S1	milímetros	Além disso	46
Superfícies:
parede frontal	Ff	m2	De acordo com a fig. 2.1	33,3.16,32=543,5
parede de trás	Fz	Além disso
parede lateral	Fb
lareira	Financiador	8,47.16,32=138,2
teto	Fp	3,2.16,32=52,2
janela de saída	Fout	(9+2,8+1,34).16,32=214,4
A superfície total das paredes da câmara de combustão	Primeiro	Ff+Fc+2Fb+Fsub+Fp+ +Fout	543,5+442,9+2.233,5+138,2+52,2+214,4=1860
O volume da câmara de combustão	Vt	m3	De acordo com a fig. 2.1	233,5.16,32=3811
Espessura efetiva da camada radiante	s	m
Estresse térmico do volume do forno	kW/m3
O coeficiente de excesso de ar no forno	T	—	Aceito anteriormente	1,05
temperatura do ar quente	tg.c.	COM	Dado	333
entalpia do ar quente	kJ/m3	De acordo com a tabela 2.2	4271,6
O calor introduzido pelo ar no forno	Qv	kJ/m3
Dissipação de calor útil no forno	QT	kJ/m3
Temperatura de combustão teórica	uma	COM	De acordo com a tabela 2.2	2145C
Temperatura de combustão teórica absoluta	Ta	PARA	a+273	2418
Altura do queimador	hg	m	De acordo com a fig. 2.1
Altura da fornalha (até o meio da janela de saída de gás)	Nt	m	Além disso
Mudança máxima de temperatura acima da zona do queimador	X	—	Ao usar queimadores de vórtice em vários níveis e D> 110kg/s	0,05
Posição relativa da temperatura máxima ao longo da altura do forno	xt	—
Coeficiente	M	—
A temperatura dos gases na saída do forno	COM	Aceitamos com antecedência	1350
Temperatura absoluta do gás na saída do forno	PARA	1623
Entalpia do gás	kJ/m3	De acordo com a tabela 2.2	23993
Capacidade térmica total média dos produtos de combustão	Vcav	kJ/(m3.K)
A pressão no forno	R	MPa	aceitar	0,1
Coeficiente de atenuação de raios por gases triatômicos
Emissividade térmica de gases não luminosos	G	—
A razão entre o teor de carbono e hidrogênio no combustível	—
Coeficiente de atenuação do feixe por partículas de fuligem
Coeficiente de atenuação dos raios por uma tocha luminosa	k
O coeficiente de radiação térmica da parte luminosa da tocha	Com	—
Coeficiente que caracteriza a proporção do volume do forno preenchido com a parte luminosa do maçarico	m	—	Ao queimar gás e	0,1
Coeficiente de radiação térmica da tocha	f	—
Ângulo da tela	X	—	Para telas de aletas	1
Coeficiente condicional de contaminação da superfície	—	Ao queimar gás e telas de membrana de parede	0,65
Taxa de Eficiência Térmica do Escudo	eq	—	.X	0,65
Coeficiente de temperatura	UMA	—	Para gás natural	700
Fator de correção para troca mútua de calor de volumes de gás da parte superior do forno e telas	—
Coeficiente condicional de poluição da superfície da entrada da tela	saída	—		0,65.0,52=0,338
Coeficiente de eficiência térmica da superfície de saída	saída	—	out.x	0,338
Coeficiente de eficiência térmica média	Casar	—
Coeficiente de radiação térmica do forno	T	—
Valor da fórmula para a temperatura calculada dos gases na saída do forno	R	—
Temperatura estimada do gás na saída do forno	COM	Difere do aceito anteriormente por menos de 100С, portanto, a segunda aproximação não é necessária
Entalpia do gás	kJ/m3	De acordo com a tabela 2.2	24590
A quantidade de calor recebida no forno	kJ/m3
A superfície das paredes do forno, ocupada por queimadores	Fgor	m2	Do desenho	14
Superfície de aquecimento receptora de radiação de telas de forno	Nl	m2
Carga térmica média da superfície de aquecimento das telas do forno	ql	kW/m2

Classificação dos sistemas de fornecimento de calor

Existe uma classificação dos sistemas de fornecimento de calor de acordo com vários critérios:

1. Por energia - eles diferem na distância de transporte de calor e no número de consumidores. Os sistemas de aquecimento local estão localizados nas mesmas instalações ou adjacentes. O aquecimento e a transferência de calor para o ar são combinados em um único dispositivo e localizados no forno. Em sistemas centralizados, uma fonte fornece aquecimento para várias salas.
2. Por fonte de calor. Alocar o fornecimento de calor distrital e o fornecimento de calor.No primeiro caso, a fonte de aquecimento é a casa da caldeira e, no caso de aquecimento, o calor é fornecido pela CHP.
3. Por tipo de refrigerante, os sistemas de água e vapor são diferenciados.

O refrigerante, aquecido em uma sala de caldeiras ou CHP, transfere calor para dispositivos de aquecimento e abastecimento de água em edifícios e edifícios residenciais. Os sistemas térmicos de água são de um e dois tubos, com menos frequência - vários tubos. Em prédios de apartamentos, um sistema de dois tubos é usado com mais frequência, quando a água quente entra nas instalações por um tubo e retorna ao CHP ou sala de caldeiras pelo outro tubo, tendo desistido da temperatura. É feita uma distinção entre sistemas de água abertos e fechados. Com um tipo aberto de fornecimento de calor, os consumidores recebem água quente da rede de abastecimento. Se a água for utilizada integralmente, é utilizado um sistema de tubo único. Quando o abastecimento de água é fechado, o refrigerante retorna à fonte de calor.

Os sistemas de aquecimento urbano devem atender aos seguintes requisitos:

• sanitário e higiênico - o refrigerante não afeta negativamente as condições das instalações, proporcionando uma temperatura média dos dispositivos de aquecimento na região de 70 a 80 graus;
• técnico e econômico - a proporção proporcional do preço do gasoduto ao consumo de combustível para aquecimento;
• operacional - a presença de acesso constante para garantir o ajuste do nível de calor dependendo da temperatura ambiente e da estação.

Eles colocam redes de aquecimento acima e abaixo do solo, levando em consideração o terreno, as condições técnicas, as condições de temperatura de operação e o orçamento do projeto.

Ao escolher um território para instalar um oleoduto, é necessário levar em consideração a segurança, além de prever a possibilidade de acesso rápido à rede em caso de acidente ou reparo. Para garantir a confiabilidade, as redes de fornecimento de calor não são colocadas em canais comuns com gasodutos, tubos que transportam oxigênio ou ar comprimido, nos quais a pressão excede 1,6 MPa.

1 Dados iniciais

2.1.1 Fonte
o fornecimento de calor é um CHPP como parte da AO-Energo, que faz parte da RAO UES da Rússia.

Em equilíbrio
AO-Energo são principais e fazem parte da distribuição de água TS,
a maior parte das redes de distribuição e trimestrais são operadas
empresa municipal; TC para empresas industriais, constituindo um
parte de todos os veículos estão no balanço das empresas industriais.

Em anexo
a carga térmica sob os contratos é de 1258 Gcal/h; Incluindo
doméstico 1093 e industrial 165 Tkal/h; aquecimento e ventilação
a carga térmica é de 955 Gcal/h, a carga máxima em
abastecimento de água (de acordo com um esquema fechado) - 303 Gcal / h; aquecimento e ventilação
carga do setor de serviços públicos — 790 Gcal/h, incluindo aquecimento —
650 e ventilação - 140 Gcal/h.

aprovado
Programação de temperatura de energia AO para fornecimento de calor (figura destas Recomendações) - aumentada, calculada
temperaturas da água 150/70 °С na temperatura estimada do ar externo t_n.r. = -30 °С, com corte 135 °С, alisamento para quente
abastecimento de água (DHW) 75 °С.

2.1.2 Térmico
rede sem saída de dois tubos; TS são feitos principalmente por canal subterrâneo e
suspenso em suportes baixos com junta, outros tipos de juntas (sem canal, em
canais de passagem, etc.) ocupam um volume insignificante (em termos de material
característica). O isolamento térmico é feito de produtos de lã mineral.

Duração
período de aquecimento 5808 horas, verão - 2448, reparo - 504 horas.

2.1.3
As características materiais do TS no balanço da AO-energos por seções são apresentadas em
mesa destes
Recomendações.

2.1.4
Valores médios mensais e médios anuais da temperatura do ar exterior e do solo
(na profundidade média dos dutos) de acordo com
estação meteorológica ou guias climáticos, em média
os últimos 5 anos são mostrados na tabela
destas Recomendações.

2.1.5
Valores médios mensais da temperatura da água da rede no abastecimento e retorno
tubulações de acordo com o cronograma de temperatura aprovado para liberação de calor em
valores médios mensais da temperatura do ar exterior e valores médios anuais
as temperaturas da água da rede são indicadas na tabela destas Recomendações.

2.1.6 Resultados
testes para determinar as perdas de calor na forma de fatores de correção para
as perdas de calor específicas de acordo com as normas de projeto são: em média para
colocação no solo - 0,91; subterrâneo - 0,87. Os testes foram realizados em 1997
g. de acordo com RD
34.09.255-97 [].

Testes
seções da linha principal No. 1 CHP ÷ TK-1 e TK-1 ÷ TK-2 de assentamento acima do solo com
com diâmetros de 920 e 720 mm com comprimento de 1092 e 671 m, respectivamente, e seções
rodovias nº 2 TK-1 ÷ TK-4 e TK-4 ÷ TK-6 subterrâneas
revestimento de canal com diâmetros externos de 920 e 720 mm de comprimento
88 e 4108 m, respectivamente. Características dos materiais das redes testadas
representa 38% de todas as características materiais do TS no balanço da AO-Energo.

2.1.7 Esperado
(planejado) fornecimento de energia térmica, determinado pela economia
serviços da entidade fornecedora de energia por meses e por ano, consta do quadro destas Recomendações (excluindo
quantidade de calor em empresas industriais).