Hőszállítás Épületenergetika B.Sc. 6. félév 2009. március 23.

NyomástartásA változó tömegáramú keringetés

gazdasági előnyeiTávhővezeték hővesztesége

Kritikus hőszigetelési vastagságFeladatok

HőszállításÉpületenergetika 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 határolószerkeze- tekben 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

Alsópontos statikus nyomástartás

PS

KS H

F

KT

Alsópontos dinamikus nyomástartás

PS

KS

H

F

FKSPS

Felsőpontos statikus nyomástartás

KT

H

Felsőpontos dinamikus nyomástartás

KS

PS

F

H

KS

PS

KT

F

H

Közbenső (műpontos) statikus nyomástartás

Közbenső (műpontos) dinamikus nyomástartás

PS

H

KS F

Különböző nyomástartási megoldások nyomásdiagramja

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

nyomás (kPa)

nyom

vona

lhos

sz (

m)

előremenő, felsőpontos

visszatérő, felsőpontos

előremenő, alsópontos

visszatérő, alsópontos

előremenő, műpontos

visszatérő, műpontos

nyomástartás

Változó tömegáramú távhőhálózat fordulatszám-szabályozott szivattyúval

Szigetelt cső hőátbocsátási tényezője

dr

dtlr

dr

dtFQ 2

r

dr

l

Qdt

2

Cr

l

Qt

ln

2

az r = r1→ t = t1 peremfeltételből:

Crl

Qt

11 ln

2

11 ln

2r

l

QtC

11 ln

2 r

r

l

Qtt

1

2

21

ln2

rrtt

lQ

hőátadás a cső belső és külső felületén:

)(2 knkk ttlrQ )(2 100 ttlrQ b

lr

Qtt

kkkn

2

)(

lr

Qtt

b

010 2)(

kn

n

iii tttttttt

1

1110

a külső és belső hőmérséklet közötti különbség:

lr

Q

r

r

l

Q

lr

Qtt

kk

n

i

i

bi

2ln

22

1

1

1

0

lr

Q

r

r

l

Q

lr

Qtt

kk

n

i

i

bi

2ln

22

1

1

1

0

A vezetékmenti hőátbocsátási tényező

1 méter hosszú vezetékszakasz hőleadása 1°C hőmérsékletkülönbség esetén; [kl]=W/mK

tlktklDtkAQ l

lkkD

lr

Q

r

r

l

Q

lr

Qtt

kk

n

i

i

bi

2ln

22

1

1

1

0

tlktkAQ l tkl

Qq ll

kk

n

i

i

bl rr

r

rQ

tl

k 2

1ln

2

1

2

11 1

1

1

0

lktl

Q

kk

n

i

i

b

l

rrr

r

k

21

ln2

121

11

1

1

0

A forróvíz lehűlésének számításaPolitropikus, súrlódásos, kívülről fűtött vagy hűtött

stacionárius áramlás állandó áramlási keresztmetszetű csőben

ggradpwww

1

)(

2

2w

Ddz

dpv

dz

dww

Az energiaegyenlet: m

qwpvu

dz

d

2

2

m

q

dz

dww

dz

dvpv

dz

dp

dz

du

Differenciálva:

2

2w

Ddz

dp

dz

dww

A mozgási egyenlet:Euler-egyenlet:

gxx

p

x

ww

w

j

ji

ij

ij

i

,

Mivel a közeg összenyomhatatlan, ezért

0dz

dvp így

m

q

dz

dwwv

dz

dp

dz

du

A mozgási egyenletet az energiaegyenletbe helyettesítve

m

qw

Ddz

du

2

2

Mivel u = c T, ezért qVwDdz

dTcm 2

2

Ha tkUqTTkUq k )( akkor

tkUVw

Ddz

tdcm

2

2

A peremfeltétel: z = 0 0tt

t BAt

cm

kUw

Dc2dz

td 2

dz

tBA

td

A differenciálegyenlet a szétválasztás után

CBz)tBAln(

BzCetBA BzeB

C

B

At

B

C

B

At 0

0tΔBAC

A peremfeltételből

BzeB

tBA

B

Azt 0

B

Ae

B

At Bz0

ztDkU

mwe

DkU

mwt

zcm

kU

22

22

0

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5000 10000 15000 20000 25000

távolság m

hőm

érsé

kle

t C

t

t külső

t vége

111

1

11

1

11

1

111

1ln

2

1ln

2

1ln

2

11

kk

k

burkkszig

k

b DD

D

d

D

d

d

dR

R

ttkq l

Rkl

1

111

1

11

1

11

1

1111

1ln

2

1ln

2

1ln

2

11

kk

k

burkkszig

k

b DD

D

d

D

d

d

dR

222

2

22

2

22

2

2222

1ln

2

1ln

2

1ln

2

11

kk

k

burkkszig

k

b DD

D

d

D

d

d

dR

A védőcsatorna egyenértékű átmérője:

)(2

44

ba

ba

K

ADe

Ezzel a talaj hővezetési ellenállása:

1

22ln

2

12

eett D

h

D

hR

A védőcsatorna hőmérlege:

szellt qqqq 21

)()()()(

2

2

1

1kcs

t

tcscscs ttcVR

tt

R

tt

R

tt

cVRRRRtRRRRR

tcVRRRRRtRRtRRtt

ttt

kttttcs

212112

21211221

2

2

1

121

)()(

R

tt

R

ttqqq cscs

Közvetlen fektetésű távvezeték-pár hővesztesége

A távvezetéki hőveszteség aránya a szállított hőmennyiséghez

A számítást kétféle fektetési mód felvételével végeztük el:ISOPLUS köpenycsöves fektetésVasbeton védőcsatornában vezetett távvezetékpár

A távvezeték mérete:Külső csőátmérő: 219 mmBelső csőátmérő: 211 mmA hőszigetelés külső átmérője:

ISOPLUS: 301 mmVédőcsat.: 319 mmFektetési mélység: 1,2 mA számításokat 1000 m hosszú vezetékre végeztük el.A hőszigetelés hővezetési tényezőjeISOPLUS: 0,027 W/m,KVédőcsat.: 0,27 W/m,K üzemi hővez. tény

Vízsebesség, m/s Éves szállított hőmennyiség, GJ/év

Éves hőveszteség, GJ/év,illetve arány, %

ISOPLUS Vb. védőcsatorna

0,5 52 346,8

1531,8

2,9

6291,7

12,0

1,0 104 693,5 1,5 6,0

1,5 157 040,3 1,0 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 →Dkrit=0,008 m

ha αk=10 W/m2K; λszig=1 W/mK →Dkrit=0,2 m

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

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15szigetelési vastagság (cm)

fajl

agos

hőá

tboc

sátá

si té

nyez

ő (W

/mK

) λ=0,05

λ=0,4

λ=0,8

λ=1,5

Köszönöma

figyelmet!