АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИИ
(для студентов специальности
220140 –Тепловые электрические станции
факультета заочного обучения
и переподготовки специалистов)
Алматы 2005
СОСТАВИТЕЛЬ: Н.Г. Борисова Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологии. Программа, методические указания и контрольные задания (для студентов специальности 220140 – Тепловые электрические станции факультета заочного обучения и переподготовки специалистов).- Алматы: АИЭС, 2005.- 22 с.
Методические указания предназначены для студентов специальности 220140 – Тепловые электрические станции факультета заочного обучения и переподготовки специалистов и содержит рабочую программу курса, задания к контрольным работам, рекомендации по их выполнению, перечень рекомендуемой литературы.
Библиогр. 20 назв.
Рецензент: канд.техн.наук доцент Кибарин А.А.
Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2004 г.
© Алматинский институт энергетики и связи, 2005 г.
1 Введение
Эффективное использование энергии является необходимым условием
экономического и социального развития,
а также улучшения состояния окружающей среды.
Значительные резервы
экономии топливно - энергетических ресурсов (ТЭР) заложены в
совершенствовании технологических процессов путем внедрения энергосберегающих технологий и оборудования,
повышении КПД технологических процессов или оборудования, повышении эффективности использования ТЭР на предприятиях,
производящих теплоту и электроэнергию,
а также потребителями, использовании вторичных энергоресурсов и нетрадиционных
источников энергии.
Подготовка квалифицированных специалистов для реализации
этих задач и политики государства в области энергосбережения
является актуальной и требует соответствующих программ и курсов
обучения современных инженеров – теплоэнергетиков.
Курс
нацелен на овладение знаниями в области энергосбережения, усвоение
принципов и методов энергосбережения,
как комплекса мер или действий,
предпринимаемых для обеспечения
более эффективного использования
энергоресурсов.
В результате изучения дисциплины «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологии» обучающиеся должны:
а)
знать:
-
состояние, проблемы и направления развития
энергосбережения в мире и Казахстане в настоящее время и в перспективе;
-
принципы государственной политики энергосбережения;
-
основные понятия и термины энергосбережения;
-
метод предельного энергосбережения;
-
направления и масштабы энергосбережения в
отраслях народного хозяйства;
-
современные методы и приборы контроля и учета
энергоносителей;
-
направления и масштабы использования
нетрадиционных возобновляемых источников
энергии;
б)
уметь:
-
составлять и анализировать
топливно-энергетические балансы промышленных
предприятий;
-
оценивать эффективность энергоиспользования в отраслях народного хозяйства;
-
рассчитывать энергетические потери
теплотехнологических установок и систем;
-
рассчитывать солнечные и ветроэнергетические
установки;
-
разрабатывать мероприятия энергосбережения.
Студенты заочной формы обучения специальности
220140 –Тепловые электрические станции изучают курс в восьмом семестре в объеме
80 часов: 14 - аудиторных (8 часов лекций и 6 – практических занятий) и 66 -
самостоятельной работы.
По
курсу предусмотрено выполнение контрольной работы.
Форма
контроля овладения дисциплиной – тестирование, контрольная работа, зачет.
2 Рабочая программа курса «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологии»
Целью
преподавания дисциплины является формирование знаний, умений и
навыков по энергосбережению в топливно-энергетическом комплексе, отраслях
промышленности, на транспорте, в агропромышленном комплексе,
коммунально-бытовом секторе и использованию нетрадиционных возобновляемых
источников энергии.
Задачи
изучения дисциплины:
- знакомство
с общими проблемами энергосбережения на современном этапе, в перспективе и
государственной политикой Республики Казахстан по энергосбережению и
внедрению нетрадиционных источников энергии;
- овладение
методом предельного энергосбережения;
- знакомство
с производственными, техническими и
экономическими мерами, направленными на эффективное использование
энергетических ресурсов;
- приобретение
умения в составлении и анализе энергетических и эксергетических балансов
теплотехнологических установок и систем, оценки эффективности и рациональных
направлений энергоиспользования и энергосбережения;
- изучение
способов использования вторичных энергетических ресурсов и энерготехнологического
комбинирования;
- изучение
принципов безотходной технологии;
- знакомство
с состоянием и перспективами использования нетрадиционных возобновляемых
источников энергии (НВИЭ);
- приобретение
умения рассчитывать теплоизоляцию,
солнечный коллектор, ветро – и биоэнергоустановки.
2.1
Объем разделов курса в часах
Разделы курса «Энергосбережение в теплоэнергетике и
теплотехнологии» и их объем в часах
приведены в таблице 1.
Таблица 1-Разделы и
объем курса
|
Наименование
раздела |
Объем
лекций, ч |
Объем
пр. занятий,
ч |
Объем
СРС, ч |
||||
|
Общие проблемы энергосбережения |
2 |
|
14 |
||||
|
Метод предельного энергосбережения |
2 |
2 |
16 |
||||
|
Энергосбережение в ТЭК и отраслях
промышленности |
2 |
2 |
18 |
||||
|
Использование нетрадиционных источников
энергии |
2 |
2 |
18 |
||||
|
Всего |
8 |
6 |
66 |
|
|||
2.2 Содержание разделов программы
2.2.1 Общие проблемы
энергосбережения
Введение.
Основные тенденции в развитии энергетики мира, Казахстана и общие проблемы
энергосбережения. Принципы энергосберегающей политики. Общие термины и
определения энергосбережения. Пассивная экономия энергии, активная экономия
энергии, термины и определения. Экономия энергии, достигаемая в результате
организационных изменений и внедрения новых систем. Прочие термины.
Государственная программа энергосбережения в Республике Казахстан и мероприятия по её реализации.
Законодательная база энергосбережения.
Студенты овладевают знаниями основных
терминов и определений в энергосбережении, нормативно-правовой базой энергосбережения, получают представление о
государственной политике в области энергосбережения.
2.2.2 Метод
предельного энергосбережения
Метод
предельного энергосбережения. Интенсификация энергосбережения. Потенциал
резерва интенсивного энергосбережения. Энергосберегающие мероприятия в теплотехнологии.
Студенты овладевают знаниями: основных
понятий и определений метода предельного энергосбережения; энергосберегающих
теплотехнических принципов. Овладевают системным подходом к улучшению энергоиспользования. Знакомятся со структурной схемой замкнутого
теплотехнологического комплекса; технологической схемой; энергосберегающими
источниками энергии; энергосберегающими схемами. Получают представление об общей постановке задачи интенсивного
энергосбережения и методах ее решения. Знакомятся с понятием потенциала резерва интенсивного энергосбережения и
методами его определения.
2.2.3 Энергосбережение в ТЭК и отраслях
промышленности
Энергосберегающие
технологии в топливно-энергетическом
комплексе (ТЭК). Основные направления
энергосбережения в ТЭК. Энергосбережение в электроэнергетике, газовой,
угольной, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.
Энергосбережение в других отраслях промышленности. Общая характеристика.
Энергосбережение в машиностроении, черной и цветной металлургии, химической,
нефтехимической промышленности, в производстве минерального сырья и
строительных материалов, легкой промышленности. Энергосбережение в
агропромышленном комплексе, на транспорте и в коммунально-бытовом хозяйстве.
Студенты знакомятся с результатами
анализа общего энергопотребления, с
мерами энергосбережения и
энергосберегающими технологиями в ТЭК:
комбинированной выработкой электроэнергии, снижением расхода энергии на
собственные нужды; работой на высоких и сверхвысоких параметрах пара и т.д.
Получают представление об энергоемкости и качестве энергоиспользования в действующей промышленной
теплотехнологии, приобретают знания о замещении ресурсов органического топлива
и направлениях энергосбережения в электроэнергетике,
факторах, определяющих эффективность использования топлива и энергии. Знакомятся с мерами энергосбережения в
различных отраслях промышленности и направлениями рационального энергоиспользования в системах производства и
распределения энергоносителей.
2.2.4 Использование
нетрадиционных источников энергии
Проблемы
и перспективы развития нетрадиционной энергетики. Солнечная энергетика. Системы
солнечного теплоснабжения. Ветроэнергетика. Резервы и принципы преобразования
ветровой энергии. Биоэнергетика. Геотермальная энергетика.
Студенты получают представление о
традиционных и нетрадиционных источниках энергии; запасах и ресурсах источников
энергии; динамике потребления энергоресурсов и развитии мирового и
регионального энергетического хозяйства, экологических проблемах энергетики;
месте нетрадиционных источников в удовлетворении энергетических потребностей
человека. Приобретают знания:
физических основ процессов преобразования солнечной энергии; о видах солнечных энергетических
установок; типах коллекторов; принципах
их действия и методах расчетов; о проблемах и перспективах развития
нетрадиционной энергетики. Получают представление о селективных покрытиях,
способах аккумулировании тепла, системах солнечного теплоснабжения, солнечных
электростанциях, ветроэнергетике, резервах и принципах преобразования ветровой
энергии, био - и геотермальной энергетике.
2.3
Темы и содержание практических занятий
2.3.1
Методы и средства пассивной экономии энергии
Примеры
решения задач на расчет теплоизоляции и
видов теплопередачи.
2.3.1
Методы и средства активной экономии энергии
Изучение
методов и приборов для контроля и учета расхода энергоносителей, способов
расчета энергетических потерь, примеры решения задач по экономии
энергоресурсов.
2.3.3
Топливно-энергетический баланс промышленных предприятий
Примеры
составления топливно-энергетических балансов
промышленных предприятий и их
анализ.
2.3.4
Расчет нетрадиционных возобновляемых источников энергии
Примеры
расчета солнечных водонагревателей. Примеры расчета ветроэнергетических установок.
2.4
Рекомендуемая литература
1.Ключников
А.Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения. - М.:
Энергоатомиздат,1986.-128с.
2.
Скалкин В.Ф. Энергетика и окружающая среда. - Л.: Энергоатомиздат, 1981.- 280с.
3.Степанов
В.С. Потенциал и резервы энергосбережения в промышленности. - Новосибирск:
СОАН,1990.- 245с.
4.
Твайделл Дж, Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. - М.: Энергоатомиздат,1990.-
392с.
5.
Экономия энергии – новый энергетический источник.- М.: Прогресс, 1982.- 284с.
6.
Куперман Л.И. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в
промышленности. - Киев: ВШ, 1986.- 302с.
7.Рэй
Дж. Экономия энергии в промышленности. - М.: Энергоатомиздат,1983.- 208 с.
8.
Ветроэнергетика: Новейшие разработки. - М.: Энергоатомиздат,1982.-271 с.
9.Энергосбережение
в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Справочное
пособие. - М.: Стройиздат,1990.- 624 с.
10.
Журнал «Энергетика и топливные ресурсы Казахстана» 2001-2004 гг.
11.
Современные проблемы энергетики/ Под. ред. Д.Г. Жимерина. - М.: Энергоатомиздат,
1984.
12.
Даффи Дж., Бекман У.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. -
М.: Мир, 1977.- 419 с.
13.Гольстрем
В.А. Справочник по экономии топливно-энергетических ресурсов. - Киев: Технiка,1985.- 383 с.
14. Дукенбаев К., Нурикен Е. Энергетика Казахстана
(технический аспект).- Алматы,2001.-312 с.
15.Д.Дэвинс.
Энергия. - М.: Энергоатомиздат, 1985.-360 с.
16.Стерман
Л.С. Тепловые и атомные электрические станции.- М.: МЭИ, 2000.-408с.
17.Системы
солнечного тепло- и хладоснабжения/ Под ред. Э.В. Сарницкого. -М.: Стройиздат,
1990.-328с.
18.Энергоактивные
здания/Под ред. Э.В. Сарницкого. - М.: Стройиздат,1988.-376 с.
19.Борисова
Н.Г. Энергосбережение и нетрадиционные источники энергии Тестовые задания для
текущего и итогового контроля. - Алматы: АИЭС,1999. -34с.
20.Борисова Н.Г. Энергосбережение и использование нетрадиционных источников
энергии: Конспект лекций. - Алматы: АИЭС,2003.-76с.
3 Методические рекомендации
по выполнению контрольной работы
Контрольная работа содержит четыре задания: два
теоретических вопроса и две расчетные
задачи. Номера теоретических вопросов
и номера задач выбираются по ключу,
приведенному ниже в таблице 2.
Контрольные работы, не соответствующие своему варианту, не
рассматриваются.
Таблица 2 – Ключ к выполнению
контрольной работы
|
Последние
две цифры номера зачетной книжки |
Номера задач |
Первая буква фамилии студента |
Номера теоретических вопросов |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
01,27,53,79 |
5.26,
5.52 |
я |
4.1,
4.27 |
|
02,28,54,93 |
5.25,
5.51 |
ю |
4.2,
4.28 |
|
03,29,55,80 |
5.24,
5.50 |
э |
4.3,
4.29 |
|
04,30,56,94 |
5.23,
5.49 |
щ |
4.4,
4.30 |
|
05,31,57,81 |
5.22,
5.48 |
ш |
4.5,
4.31 |
|
06,32,58,95 |
5.21,
5.47 |
ц |
4.6,
4.32 |
|
07,33,59,82 |
5.20,
5.46 |
ф |
4.7,
4.33 |
|
08,34,60,96 |
5.19,
5.45 |
у |
4.8,
4.34 |
|
09,35,61,83 |
5.18,
5.44 |
т |
4.9,
4.35 |
|
10,36,62,97 |
5.17,
5.43 |
с |
4.10,
4.36 |
|
11,37,63,84 |
5.16,
5.42 |
р |
4.11,
4.37 |
|
12,38,64,98 |
5.15,
5.41 |
п |
4.12,
4.38 |
|
13,39,65,85 |
5.14,
5.40 |
о |
4.13,
4.39 |
|
14,40,66,99 |
5.13,
5.39 |
н |
4.14,
4.40 |
|
15,41,67,86 |
5.12,
5.38 |
м |
4.15,
4.41 |
|
16,42,68 |
5.11,
5.37 |
л |
4.16,
4.42 |
|
17,43,69,87 |
5.10,
5.36 |
к |
4.17,
4.43 |
|
18,44,70 |
5.9,
5.35 |
и |
4.18,
4.44 |
|
19,45,71,88 |
5.8,
5.34 |
з |
4.19,
4.45 |
|
20,46,72 |
5.7,
5.33 |
ж |
4.20,
4.46 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
21,47,73,89 |
5.6,
5.32 |
е |
4.21,
4.47 |
|
22,48,74, |
5.5,
5.31 |
д |
4.22,
4.48 |
|
23,49,75,90 |
5.4,
5.30 |
г |
4.23,
4.49 |
|
24,50,76 |
5.3,
5.29 |
в |
4.24,
4.50 |
|
25,51,77,92 |
5.2,
5.28 |
б |
4.25,
4.51 |
|
26,52,78 |
5.1,
5.27 |
а |
4.26,
4.52 |
Для
выполнения контрольной работы и подготовки к зачетному тестированию необходимо
внимательно изучить основные положения
дисциплины по конспекту лекций /20/.
При
изучении тем программы необходимо
самостоятельно проверить степень усвоения
материала при помощи тестов, приведенных в сборнике /19/.
Для
ответа на теоретические вопросы контрольной работы целесообразно
использовать приведенную библиографию,
а также провести самостоятельный поиск по темам вопросов в сети Internet.
Ответ
объемом 4-6 страниц формата А4 должен
содержать не только общие теоретические положения, но и схемы, чертежи и другие графические материалы, расчетные
формулы, статистические данные и т.п. В тексте ответов и пояснений
обязательно приводить ссылки на
используемую справочную и учебную литературу.
При
решении задач необходимо полностью привести условие задачи, его краткую запись,
перевести все единицы физических величин в СИ, записать формулы основных
закономерностей в общем виде, обосновать их применение.
Необходимо
пояснять ход решения задачи, проанализировать полученный результат, сделать
соответствующие выводы.
Графики
следует выполнять на миллиметровой бумаге и вклеивать в работу. Задачи, подобные предлагаемым в заданиях, можно найти в
источниках /4, 15/ или в сборниках задач по курсам «Механика жидкости и газа», «Теория тепло - и массообмена»,
«Техническая термодинамика».
В
конце работы обязательно приводится список использованной литературы.
Исправлять
незачтенную работу следует в той же
тетради на чистых листах.
При
затруднениях необходимо обращаться за консультацией на кафедру письменно или
устно.
4 Теоретические вопросы
4.1 Солнечные энергетические установки. Характеристики солнечной радиации.
4.2 Солнечные энергетические установки. Солнечные коллекторы (плоские и
фокусирующие).
4.3 Селективные покрытия приемных поверхностей и аккумулирование энергии в солнечных энергетических установках.
4.4 Солнечные энергетические установки. Системы
солнечного теплоснабжения.
4.5 Энергия биомассы. Технологии переработки отходов сельского хозяйства.
4.6 Солнечные энергетические установки.
Солнечные электростанции с центральным
приемником.
4.7 Энергия приливов и отливов. Приливные
электростанции.
4.8 Управляемый термоядерный синтез – новый
источник энергии.
4.9 Термоэлектрогенераторы как источники энергии.
4.10 Солнечные энергетические установки. Солнечные фотоэлектрические преобразователи
4.12 Ветроэнергетика. Принципы преобразования
энергии ветра.
4.13 Плазменные МГД - генераторы.
4.14 Ветроэнергетика. Ветроэнергетические установки.
4.15 Ветроэнергетика. Принцип работы
ветродвигателей.
4.16 Электрохимические генераторы и
энергоустановки.
4.17 МГД – метод преобразования энергии.
4.18 Методы утилизации сбросной теплоты.
4.19 Ветроэнергетика. Потенциальные возможности ветроэнергетики в Республике Казахстан.
4.20 Энергия биомассы. Способы использования и конструкции установок.
4.21
Солнечная электрическая энергия для отопления и горячего водоснабжения.
4.22 Энергия океана (энергия
волн, приливов и использование разности
температур слоев воды).
4.23 Состояние и перспективы
ядерной энергетики в Республике Казахстан.
4.24 Тепловые насосы.
Устройство, принцип действия, применение в системах отопления.
4.25 Ядерная энергетика. Реакторы - размножители на быстрых нейтронах с жидкометаллическими теплоносителями и с газовым охлаждением (сравнительный анализ).
4.26 Настоящее и будущее гидроэнергетики в Республике Казахстан.
4.27 Энергоемкость, качество энергоиспользования и меры энергосбережения в промышленной теплотехнологии производства меди. 4.28 Энергоемкость, качество энергоиспользования и меры энергосбережения в промышленной теплотехнологии производства свинца и цинка.
4.29 Теплотехнология производства кокса и направления энергосбережения в ней.
4.30 Теплотехнология доменного производства и направления энергосбережения в ней.
4.31 Теплотехнология производства стали мартеновской, конвертерной и электростали и направления энергосбережения в ней.
4.32 Общая характеристика, потенциал и направления энергосбережения в машиностроительном комплексе.
4.33 Общая характеристика, потенциал и направления энергосбережения в химии и нефтехимии.
4.34 Общая характеристика, потенциал и направления энергосбережения в промышленности строительных материалов.
4.35 Общая характеристика, потенциал и направления энергосбережения в цементной промышленности.
4.36 Источники, потенциал и основные направления использования горючих вторичных энергетических ресурсов.
4.37 Источники, потенциал и основные направления использования тепловых вторичных энергетических ресурсов.
4.38 Источники, потенциал и основные направления использования вторичных энергетических ресурсов остаточного давления.
4.39 Энергосбережение при производстве и распределении тепловой энергии.
4.40. Энергосбережение в промышленных котельных.
4.41 Рациональное энергоиспользование и энергосбережение в системах производства и распределения энергоносителей.
4.42 Энергосбережение в системах отопления.
4.43 Энергосбережение в системах вентиляции.
4.44 Энергосбережение в системах горячего водоснабжения.
4.45 Рациональное энергоиспользование и энергосбережение в сушильных установках.
4.46 Рациональное энергоиспользование и энергосбережение в выпарных установках.
4.47 Рациональное энергоиспользование и энергосбережение в ректификационных установках.
4.48 Энергосбережение при энергоснабжении промышленных предприятий.
4.49 Энергосбережение при энергоснабжении объектов аграрно-промышлен- ного комплекса.
4.50 Энергосбережение при энергоснабжении жилищно-коммунального хозяйства.
4.51 Энергосбережение в системах освещения.
4.52 Понятие
о безотходной технологии, пути повышения безотходности производства,
безотходная технология и энергосбережение, показатели безотходности и
использования отходов, показатели безотходности технологических процессов и
комбинированных установок.
5.1 Кипящая вода
воспринимает теплоту от дымовых газов через стальную стенку парового котла
толщиной 15 мм. Теплопроводность стали λ=48 Вт/м∙К. Температура
газов 900 0С, температура воды 200 0С, коэффициенты
теплоотдачи равны 120 Вт/м2 К
и 2300 Вт/м2 ∙К соответственно. Постепенное отложение
сажи (λ=0,12 Вт/м∙К) и накипи (λ=1,3 Вт/м∙К) привело к
снижению плотности теплового потока q в 2,2 раза и повышению средней
температуры стенки на 58 0С по сравнению с первоначальными
значениями. Оценить толщины слоев сажи и накипи, q и коэффициент теплопередачи.
5.2 Температура дыма,
выходящего из дымовой трубы высотой 100 м, на 20 0С выше температуры
окружающего воздуха. На какую высоту поднимется дым, если преобладающий
вертикальный градиент температуры равен +0.5 0С/100 м? А если он
составлял - 0.5 0С/100 м?
5.3 Как будет зависеть процент сэкономленного топлива, используемого для нагрева воздуха от процента увеличения температуры поступающего в топку воздуха? Температура выходящего воздуха поддерживается одинаковой. Дать аналитическую зависимость.
5.4 Световая эффективность
люминесцентной лампы мощностью 75 Вт составляет 75 лм/Вт. Какую экономию
энергии за 10 ч работы ламп можно получить, если обеспечить равномерную
освещенность административного помещения, равную 600 лм/м2, с
помощью этих ламп, а не ламп мощностью 40 Вт ? (Для ламп мощностью
40 Вт световая эффективность равна 60 лм/Вт).
5.5 Предположим, температура
воздуха в помещении за 8 часов, когда отопление было отключено, снизилась с 20
до 30С. Если постоянная теплоотдачи К=2.9105 Дж/ч К,
каковы потери теплоты? Построить график зависимости температуры от времени.
Если бы система отопления должна была
поддерживать температуру в помещении не
менее 15 0С, каков был бы расход энергии (τ = 5ч)?
5.6 Если температура наружного воздуха - 5 0С и влажность воздуха 80 %,
сколько энергии на единицу объема потребуется для того, чтобы получить воздух с
температурой 20 0С и влажностью 40 % ?
5.7 Сравнить объемы
резервуаров, требующихся для накопления
заданного количества теплоты в форме
насыщенного пара при температуре 200 0С
и в воде, нагретой до 30 0С.
5.8 Каким может быть расход
потока угольной пульпы в трубопроводе диаметром 30.5 см с насосами, расположенными через
150 км, если Р1 = 2,7 МПа, Р2 = 1.35 МПа. Сколько
«чистой» энергии можно передать по трубопроводу за сутки? Энергией, расходуемой
насосами, можно пренебречь; μ = 10 Па с.
5.9 При расходе потока
нефти 0.24·106 т/сут и радиусе трубопровода 64 см сопоставить энергию, требующуюся для
перекачки, с передаваемой энергией.
5.10
В среднем при приготовлении угольной пульпы на 1 т битуминозного угля
расходуется 760 л воды. Сколько литров воды потребуется для того, чтобы
обеспечить ежедневную работу электростанции мощностью 1000 МВт ?
5.11 Атомная электростанция
мощностью 900 МВт работает с КПД 29 %. Для отвода сбросной теплоты через
конденсаторы пропускается воды 50 м3/с. Какова интенсивность отвода
сбросной теплоты? На
сколько градусов поднимается температура воды в реке? Расход в реке равен
расходу воды через конденсаторы.
5.12 Стену толщиной 10 см, в
среднем имеющую <l0> = 10,4 Дж/(ч см К), облицевали силикатным
кирпичом толщиной 5 см. Чему будет равно новое значение <l>?
5.13 Устройство теплоизоляции обходится в N тенге/см, затраты на отопление дома составляют М тенге/МДж теряемой теплоты, а стоимость укладки теплоизоляции должна окупаться за У лет. Составьте ряд таблиц для значений У = 3.5 и 10; N = 50, 100 и 200; М = 1, 2 и 5 тенге. С учетом климатических условий местности, где вы проживаете, чему должны быть равны оптимальные значения N и М? Если У =5, выгодно ли устанавливать дополнительную теплоизоляцию толщиной 15 см?
5.14 Высота испарительной
градирни с естественной тягой 150 м. Чему будет равна сила тяги, действующая на
столб воздуха внутри градирни, если разница в плотности воздуха внутри градирни
и наружного воздуха составляет 0.008 кг/м3? Какое количество теплоты
будет передано 1 м3 атмосферного воздуха, если абсолютная влажность
воздуха увеличилась на 0.04 кг/м3?
5.15 Диаметр трубы паропровода
91 см, температура пара на выходе 100 0С, давление – 87 кПа,
температура на входе 200 0С, температура наружного воздуха 0 0С, μ = 12.5 10-6
Па с, λ= 24 10 -3 Дж/м К с. Какова максимальная длина
трубопровода, если теплопотери через его стенки не должны превышать 10%
подведенной к потребителю 20 МВт тепловой мощности?
5.16 Рассчитайте интенсивность поглощения теплоты солнечной панелью в местности, где вы живете, в середине зимы, если устройство снабжено двумя прозрачными покрытиями с коэффициентом теплопередачи 0.008 Вт/м К. Размеры панели выберите такими, чтобы она ежесуточно давала энергию в количестве 10 МДж.
5.17 В стене размером 4.5 х
2.4 м устроено три окна размером 0.9 х 1.2 м с одинарным остеклением. Стена снабжена слоем теплоизоляции ( R5 см ИЗ = 4.62 м2
К/Вт) толщиной 10 см. Толщина оконного стекла 0.5 см ( RСТ = 0.11 м2 К/Вт). Температура в
помещении 210С, наружная
температура равна 180С. Какими будут потери тепла через эту
стену?
5.18 Спроектируйте активную
систему солнечного теплоснабжения для жилого дома площадью 180 м2 в
вашем районе. Определите угол наклона солнечных панелей, расход теплоносителя,
вид теплоаккумулирующей среды, объем аккумулятора. Учтите теплопотери через
окна, стены, потолок.
5.19 Различные способы
отопления зданий можно сравнивать по себестоимости эксплуатации и по
энергозатратам. Оцените себестоимость
затрат получения 106 Дж теплоты при использовании:
-
нагревателя
на мазуте с КПД = 90% (стоимость мазута М тенге/л);
-
нагревателя
на природном газе
с КПД=93% ( - N тенге/м3);
-
электронагревателя
с КПД=100% ( - Р тенге/ кВт);
-
теплового
насоса (электрического) с КПД=1/3 теоретического, с граничными температурами
цикла 4 и 20 0С.
При расчете используйте реальные стоимости энергоносителей.
5.20 Будем рассматривать здание как предмет, обладающий определенной теплоемкостью. При
солнечном освещении здание, имеющее наружную поверхность 150 м2,
поглощает в среднем 400 Вт/м2 за 8 часов. За этот период температура
внутри здания возрастает с 20 до 26 0С.
Какова эффективная теплоемкость здания?
Что не учитывается при расчете?
Каковы должны быть размеры железного
куба, обладающего той же теплоемкостью?
5.21
Какую удельную запасенную теплоту можно получить от жидкого натрия при
температуре 300 0С? Какой должна быть скорость потока этого
теплоносителя при данной температуре, если потребуется с его помощью
осуществить перенос теплоты 3000 МВт?
5.22 Для получения теплоты
15 Вт требуется тепловой насос с η
= 3. Он приводится в действие дизельным
двигателем с ηМЕХ = 0.3. Каков удельный расход топлива двигателем, если его выходная
мощность равна мощности, требующейся
для работы теплового насоса? Каково
выделение теплоты двигателем?
5.23 Лист оконного стекла
имеет толщину 4 мм и площадь поверхности 2 м2. Найти тепловой поток
через стекло, если температура одной поверхности 0 0С, другой - 20 0С. Рассчитать плотность
теплового потока через стекло. Предложите способы снижения потерь тепла через
стекло и обоснуйте их расчетами.
5.24 Паропровод с наружной
температурой 120 0С и наружным диаметром 10 см
покрыт слоем асбеста толщиной 5
см при λ = 0.15 Вт/м К.
Температура наружной поверхности
изоляции 35 0С. Рассчитать тепловой поток от паропровода на
единицу его длины. Найти термическое
сопротивление паропровода на единицу
длины паропровода.
5.25 Стенка большой печи
толщиной 1.5 см изготовлена из чугуна. Температура горячего газа 1100 0С,
коэффициент конвективной теплоотдачи на внутренней поверхности стенки 250 Вт/м2К.
Наружная поверхность печи
окружена воздухом (a = 20 Вт/м2К) с
температурой 30 0С. Рассчитать термические сопротивления на единицу
площади. Найти плотность теплового потока через стенку печи. Рассчитать
температуры внутренней и наружной поверхности стенки.
5.26 Рассчитать минимально
возможную толщину стен топочной камеры котла с жидким золоудалением при
использовании огнеупора (λ = 0,279(1+8,33∙10-4 х t)
Вт/м∙К), а также диатомового кирпича (λ = 0,113(1+2,06∙10-4
х t) Вт/м∙К) с предельной температурой применения 850 0С.
Температуру газов, воздуха в котельной
и коэффициенты теплоотдачи принять
равными 1350 0С, 30 0С, 35 Вт/м2 К , 12 Вт/м2
∙К соответственно. Потери в
окружающую среду не должны превышать 800 Вт/м2.
5.27 Тонкий плоский
нагреватель площадью 0.2 м 2 с температурой 200 0С помещен
между двумя слоями теплоизоляции с коэффициентом теплопроводности λ = 0.35 Вт/м К. Мощность нагревателя 1000 Вт. Рассчитать
толщину теплоизоляции, при которой температура ее внешней поверхности не
превышает 50 0С.
5.28 Изменение коэффициента теплопроводности
материала в зависимости от температуры описывается выражением λ = 2,2 + 4 10 –4 Т, Вт/м К. Найти тепловой поток, если две
тонкие пластины, разделенные слоем
этого материала толщиной 40 см, имеют
температуры 100 и 200 0С. Площадь поперечного сечения
материала 1,8 м2.
5.29 Найти плотность
теплового потока через плоскую стенку, коэффициент теплопроводности которой
изменяется по закону λ = λ0 (1+ ВТ +СТ2 ).
Выразить полученный результат через λ0 , В и С, температуры
обеих поверхностей стенки Т1 и Т2 , толщину стенки L.
Рассчитать плотность теплового потока при t1 = 200 0С, t2 = 500 0С, L = 15 см, λ0 = 15 Вт/м К, В = 10- 4 К- 1,
С = 10- 8 К – 2 .
5.30 Предположим, что происходит одномерный
кондуктивный перенос тепла через составную стенку, показанную на рисунке. Найти
тепловой поток через стенку. Найти температуру
левой поверхности материала D,
если
lА = 75 Вт/(м × К), LА = 20 см, lВ = 60 Вт/(м × К), LB = LC = 25 см,
lС = 58 Вт/(м × К), LD = 40 см, lD = 20 Вт/(м × К), SA = SD = 2 м2,
SB = SC .
Т1= 700 К В Т2 = 300К
LА LВ
= LС LD
5.31 В безветренный день
коэффициент конвективной теплоотдачи крыши здания равен 6 Вт/м2К.
Найти конвективный тепловой поток от крыши, если температура наружной поверхности крыши 150С,
а температура окружающего воздуха -50С. Площадь поверхности крыши
400м2. Рассчитать тепловой поток, если подул ветер и величина
коэффициента теплоотдачи возросла до 85 Вт/м2К.
5.32
Воздух с температурой 20 0С омывает верхнюю поверхность
горизонтальной плиты из чистого железа
толщиной 0,03 м. Коэффициент конвективной
теплоотдачи 20 Вт/(м2×К), и к этой
поверхности подводится внешний радиационный тепловой поток плотностью 350 Вт/м2.
От нижней поверхности во внешнюю среду отводится тепловой поток плотностью 200
Вт/м2. Рассчитать установившиеся температуры обеих поверхностей
железной плиты.
5.33
Одна
поверхность плоской пластины омывается жидкостью с температурой 200С.
С этой стороны поверхность стенки покрыта
слоем теплоизоляции толщиной 4 см с коэффициентом теплопроводности 0.5 Вт/м К. Температура поверхности под
изоляцией поддерживается равной 500 0С.
Рассчитать коэффициент конвективной теплоотдачи на внешней поверхности
изоляции, при которой температура этой поверхности не будет превышать 500С. Рассчитать плотность теплового потока через
изоляцию.
5.34
20 0С 60 см λ = 56 Вт/м К 150 0С
60 см λ = 52 Вт/м К α = 5 Вт/м2 К
Рисунок к задаче 5.34
5.35 Левая поверхность многослойной стенки,
показанной на рисунке, омывается
воздухом с температурой 70 0С. Коэффициент конвективной теплоотдачи на этой поверхности
равен 600 Вт/м2 К. Найти
величину k х.
t = 50 0С
α = 600 Вт/м2К λ х
t ∞ = 70 0С t=0 0С
Рисунок к задаче 5.35
5.36 На рисунке показано поперечное сечение типичного потолка жилого дома. Рассчитать плотность теплового потока через потолок. Где уходит больше тепла – через сосновые перемычки или через изоляцию? Теплопроводность – одномерная.
5.37 Теплица сооружена из сорта стекла, которое
пропускает 92 % энергии падающего излучения в интервале длин волн 0,35×10-6 м - 2.7×10-6 м. Полагая, что стекло совершенно непрозрачно для малых и больших
длин волн, рассчитать долю солнечного излучения (в %), которая достигает
грунта, если солнце излучает как черное тело при температуре 5550К. Если средняя температура грунта 300К и он
излучает как черное тело, рассчитать долю энергии излучения, испускаемую
грунтом (в %), которую пропускает стекло в окружающее пространство.
t∞ = -10 0С α =20 Вт/м2К
15 см
t∞ = 25 0С α =10 Вт/м2К
Рисунок к
задаче 5.36
5.38
Предположим, что требуется выбрать один из двух материалов, который
предполагают использовать для облицовки большого административного здания.
Первый материал пропускает 60% энергии падающего излучения в интервале длин
волн 0.3 10-6 – 0.6 10-6 м и 20% в интервале 0.6 10-6 – 40 10-6
м. Второй материал пропускает 40% энергии
падающего излучения в интервале длин волн 0.3 10-6 – 210-6
м и 30% в интервале 2 10-6 –
30 10-6 м. При других
длинах волн материалы непрозрачны.
Здание расположено в местности, где около 80% потребляемой энергии
используется для кондиционирования воздуха и только 20% для нагревания. Какой
материал вы выберете и по каким причинам?
5.39 Вода с температурой 30 0С и скоростью 0.15 м/с поступает в горизонтальную трубу. Температура изотермической стенки трубы 90 0С.
Внутренний диаметр трубы 3 мм, а ее длина 250 см. Рассчитать коэффициент
теплоотдачи в случае смешанной свободной и вынужденной конвекции. Сравнить
результат со случаем чисто вынужденной конвекции.
5.40 Железобетонная дымовая
труба с внутренним диаметром 800 мм и наружным диаметром 1300 мм должна быть
футерована изнутри огнеупором. Определить толщину футеровки и температуру наружной поверхности трубы из
условий, чтобы тепловые потери трубы не превышали 2кВт/м, а температура внутренней поверхности железобетонной стенки
не превышала 200 0С. Температура внутренней поверхности
футеровки 425 0С, коэффициент теплопроводности футеровки 0,5
Вт/м∙К, коэффициент теплопроводности бетона 1,1 Вт/м ∙К.
5.41 Поверхность имеет температуру 1000 К и монохроматическую поглощательную способность
α λ= 0, 0 <
λ ≤ 0.5 10-6 м
α λ= 0.5 (λ 106 – 0.5) , 0.5 10-6 <
λ ≤ 1.5 10-6 м
α λ= 0.5
, 1.5
10-6 < λ
≤ 2 10-6 м
α λ= 0
, 2 10-6 <
λ < ∞ м.
Определить интегральную поглощательную способность поверхности, если падающее на нее излучение – излучение черного тела при температуре а) 500 К и б) 5000 К. Для решения использовать таблицу в приложении.
5.42 Хладагент течет внутри медной трубы с внутренним диаметром 2,6 см и наружным диаметром 3,2 см. Воздух омывает трубу снаружи. Коэффициент конвективной теплоотдачи для хладагента равен 120 Вт/м2К, а для воздуха 35 Вт/м2К. Рассчитать суммарный коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружной поверхности трубы: а) с учетом термического сопротивления стенки трубы; б) пренебрегая термическим сопротивлением трубы.
5.43 Хладагент течет внутри
медной трубы d = 3.2 х 0.3 см. Воздух омывает трубу снаружи. Коэффициент
теплоотдачи хладагента 100 Вт/м2 К, воздуха - 30 Вт/м2 К.
Рассчитать суммарный коэффициент теплопередачи, отнесенный к наружной
поверхности трубы: а) с учетом термического сопротивления стенки трубы, б)
пренебрегая термическим сопротивлением. Термическое сопротивление загрязнения
внутренней поверхности трубы
0.00018 м2 К/Вт.
5.44 Хладагент течет внутри
медной трубы с диаметром 3.2 х 0.3 см. Воздух омывает трубу снаружи.
Коэффициент теплообмена хладагента равен 130 Вт/м2К, для воздуха –
45 Вт/м2К. Рассчитайте суммарный коэффициент теплопередачи,
отнесенный к наружной поверхности трубы: а) с учетом термического сопротивления
стенок трубы; б) без учета термического сопротивления стенок трубы.
Термическое сопротивление загрязнения
внутренней поверхности трубы 0.00023 м2К/Вт, а внешней – 0.00011 м2К/Вт.
5.45 Для нагрева
комнаты требуется мощность 5 кВт. Тепло
подводится с горячей водой, которая с расходом 0.8 кг/с течет в медной трубе
внешним диаметром 29 мм при температуре на входе 110 0С. Определить:
а) необходимую длину трубы при условии, что
коэффициент теплоотдачи от поверхности трубы к воздуху равен 15,0 Вт/м2
К, температура в комнате 25 0С; б) температуру воды на выходе
из трубы; в) среднюю температуру
поверхности трубы.
5.46 Площадь поверхности
стены здания 500 м2, коэффициент теплопроводности 0.7 Вт/м·К,
толщина стенки 20 см. Зимой температура наружной поверхности 00С,
температура внутренней поверхности 20 0С. Найти мощность
отопительной системы (в Вт), способной
возместить потери тепла через стену.
Рассчитать тепловой поток через стену.
5.47 Нить лампы накаливания имеет температуру 3200 К и излучает как черное тело. Какова доля (в %) энергии испущенного излучения, приходящегося на а) инфракрасную область длин волн и б) на видимую область длин волн? Для решения использовать таблицу в приложении.
5.48 Определить коэффициент
теплоотдачи от внутренней поверхности трубки конденсатора паротурбинной установки к охлаждающей воде,
количество передаваемой теплоты и длину трубки, если средняя по длине
температура стенки 301 К, внутренний
диаметр трубки 16 мм, температура воды на входе 283 К, на выходе – 291 К, средняя скорость воды 2м/с.
5.49 Определить количество
энергии излучения поверхностью окисленной меди площадью 2 м2 при
температуре 500 К, если направленная
излучательная способность окисленной меди может быть приближенно описана
выражением
e (q) = 0.70 cosq
5.50 Вольфрамовая нить лампы фотософита имеет температуру 3500 К. Предполагая, что нить излучает как черное тело, найти, в каком соотношении распределяется полная энергия излучения, испускаемого нитью в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной области. Повторить расчеты для обычной вольфрамовой нити, имеющей температуру 2500 К. Для решения использовать таблицу в приложении.
5.51 В камере сгорания
парового котла с жидким золоудалением
температура газа должна поддерживаться равной 13000С, воздуха в котельной 30 0С. Стены топочной
камеры выполнены из слоя огнеупора толщиной
250 мм с коэффициентом
теплопроводности λ = 0,28(1+8,33∙10-4 х t) Вт/м∙К)
и слоя диатомового кирпича с λ =
0,113(1+2,06∙10-4 х t) Вт/м∙К. Коэффициент теплоотдачи
от газов к обмуровке равен 30 Вт/м2 К, от внешней
поверхности топочной камеры к окружающему
воздуху 10 Вт/м2 К. Какой должна быть толщина диатомового слоя,
чтобы потери в окружающую среду не
превышали 750 Вт/м2?
5.52 Известно, что при
работе холодильной установки температура наружной поверхности ее стального
трубопровода (λ = 48 Вт/м∙К) диаметром 130х7,5 мм равна 0 0С и -3 0С
при отсутствии и наличии внешней изоляции соответственно. Определить
температуру (считая ее неизменной) протекающего по трубе теплоносителя, коэффициент теплоотдачи и критический радиус
изоляции. Материал изоляции – шерстяной войлок (λ = 0,046 Вт/м∙К),
ее толщина 5мм. Температура окружающего воздуха 30 0С, коэффициент
его теплоотдачи 12 Вт/м2 ∙К.
1 Введение ………………………………………………………………….. |
3 |
|
2
Рабочая программа курса «Энергосбережение и использование нетрадиционных источников энергии»
…………………………………… |
4 |
|
3
Методические рекомендации по
выполнению контрольной работы … |
8 |
|
4
Теоретические вопросы
…………………………………………………. |
9 |
|
12 |
Приложение
А ………………………………………………………………. 22
План 2004 г., поз 108
Нина Гавриловна Борисова
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ
И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИИ
(для студентов специальности
220140 –Тепловые электрические станции
факультета заочного обучения
и переподготовки специалистов)
Редактор Ж.М. Сыздыкова
Подписано к печати ___________ Формат 60х84 1/16
Тираж 50 экз Бумага типографская № 1
Объем уч.- изд. л. Заказ _____. Цена тг.
Копировально-множительное бюро
Алматинского института энергетики и связи
480013 Алматы, ул. Байтурсынова,126