ZADANIE 1

Obliczyć max. godzinowe i roczne zapotrzebowanie ciepła do ogrzewania budynków o kubaturze 25000m³ zlokalizowanych w III strefie klimatycznej. Średnia temp. wew. pomieszczeń ogrzewanych wynosi 20^oC. Średnia temp. powietrza zew. jest równa -1,4^oC. Określić małą charakterystykę cieplną budynku przy założeniu wskaźnika jednostkowego zapotrzebowania ciepła q_c.o. = 21 W/m³

Rozwiązanie:

Q^c.o. = q^c.o.*V; [W]

Q^c.o. = 21*25000 = 525000W = 525kW

q^c.o.*V = q_M*V*(t_i - t_e)

q_M = q^c.o./(t_i - t_e) = 21/[20 - (20)] = 0,53 W/m³*K

Roczne:

Q^c.o. = q_M*V*(t_i - t_e^śr)*n; [kWh/a]

Q^c.o. = 0,53*25000*[20-(-1,4)]*4820*10^-3 = 1366711 kWh/a = 1,37 kWh/a = 4920 GJ/a

ZADANIE 2

Dla zakładu przemysłu spożywczego na podstawie wskaźników kubaturowych określić całkowite zapotrzebowanie na ciepło. Kubatura budynków przemysłowych wynosi 140000m³, a kubatura wewnętrznych pomieszczeń wentylowanych 99000m³. Obliczeniowe wskaźniki jednostkowego zapotrzebowania ciepła:

- q_c.o. = 19,5 W/m³

- q_c.w.u = 2,3 W/m³

- q_went = 16,9 W/m³

- q_t = 11 W/m³

Rozwiązanie:

Q^c.o. = q^c.o.*V; [W]

Q^c.o. = 19,5*140000 = 2,73MW

Q^c.w.u. = q^c.w.u.*V; [W]

Q^c.w.u. = 2,3*140000 = 0,33MW

Q^went. = q^went*V_w; [W]

Q^went. = 16,9*99000 = 1,67MW

Q^T = q_t*V; [W]

Q^T = 11*140000 = 1,5 MW

ΣQ = 6,26MW

ZADANIE 3

Dla osiedla mieszkaniowego o powierzchni 35ha projektuje się 40% budynków wysokich oraz 60% budynków niskich. Określić wielkość potrzeb cieplnych dla osiedla uwzględniając również usługi oraz następujące wskaźniki jednostkowe:

Rodzaj zabudowy/wskaźniki jednostkowe	ZW [MW/ha]	ZN [MW/ha]	U [W/m^2]
qc.o.	0,78	0,6	47
qc.w.u	0,24	0,17	6,7
qwent	-	-	24,1

Powierzchnia terenu zajmowana przez usługi stanowi 50% powierzchni zajmowanej przez budynki wysokie.

Rozwiązanie:

F_ZW+U = 35*0,4 = 14ha

F_ZN = 35*0,6 = 21ha

F_U = 0,5*14 = 7ha = 70000m²

F_ZW = 14-7 = 7ha

Q_ZW^c.o. = 0,78*7 = 5,46MW

Q_ZN^c.o. = 0,6*21 = 12,6MW

Q_U^c.o. = 47*70000*10^-6 = 3,29MW

Q_ZW^c.w.u. = 0,24*7 = 1,68MW

Q_ZN^c.w.u. = 0,17*21 = 3,57MW

Q_U^c.w.u. = 6,7*70000*10^-6 = 0,47MW

Q_U^went = 24,1*70000*10^-6 = 1,69MW

ΣQ = 28,76MW

ZADANIE 4

Sporządzić bilans zapotrzebowania na ciepło dla ciepłowni komunalnej. Przewidywana liczba mieszkańców 200tys. Strefa klimatyczna III. Średni wskaźnik powierzchni użytkowej przypadający na 1 osobę f = 20m³/M. Wskaźnika maksymalnego jednostkowego zapotrzebowania ciepła na ogrzewanie budynków mieszkalnych q_F = 67W/m². Jednostkowe dobowe zużycie ciepłej wody w budynkach mieszkalnych q_jd^BM = 105dm³/d*M

Rozwiązanie:

F = f*U = 20*200000 = 400000m²

Q_c.o. = F*q_F*(1+k₁)*10^-6; [MW]

Q_c.o. = 4000000*67*(1+0,25)*10^-6 = 335MW

Q_w^. = k₁*k₂*F*q_F*10^-6; [MW]

Q_w^. = 0,25*0,6*400000*67*10^-6 = 40,2MW

Q_c.w.u.^śr. = [1,2*U*(q_jd^BM+q_jd^BU)*(t_WC-t_WZ)*c_p*ς*10^-6]/(10³*86400); [MW]

Q_c.w.u.^śr. = [1,2*200000*(105+25)*(55-5)*4187*995,5*10^-6]/(10³*86400) = 75,3MW

Q_c.w.u.^. = 2,4*Q_c.w.u.^śr; [MW]

Q_c.w.u.^. = 2,4*75,3 = 180,72MW

Q_c = Q_c.o. + Q_w + Q_c.w.u. = 555,8MW

OZNACZENIE	-20	…	+12	Lato
φx^c.o
Qc.o.
φx^w
Qw
Qc.w.u
Qc

Założono: t_e^w = -5^oC

ZADANIE 5

Określić moc cieplną kotłowni parowej wiedząc, że całkowity strumień masy pary wynosi 1670 kg/h. Entalpia właściwa pary za kotłem wynosi 663,6 kcal/kg, a entalpia właściwa kondensatu 80 kcal/kg.

Rozwiązanie:

1kcal/kg = 4,187kJ/kg

1kcal/h = 1,163W

m_p = 1670kg/h = 0,46kg/s

i_p = 663,6*4,187 = 2778,49kJ/kg

i_k = 80*4,187 = 334,96kJ/kg

Q_KP = m_p*(i_p-i_k); [kW]

Q_KP = 0,46*(2778,49-334,96) = 1133,5kW

ZADANIE 6

W kotłowni wodnej wysokotemperaturowej temperatura czynnika grzejnego wynosi 140^oC. Obliczyć średnicę kolumny odgazowywacza oraz strumień masy wody w obiegu uzupełniania, strumienie masy wody grzejnej oraz wydajność pomp uzupełniających. Przepływ masowy wody uzdatnionej wynosi 1,2kg/s, a jej temperatura 80^oC. Temperatura wody w odgazowywaczu przyjąć równą 105^oC. Przyjąć następujące parametry wody i pary wodnej:

ς_w80 = 971,8kg/m³

ς_w105 = 954kg/m³

ς_w140 = 926,1kg/m³

ς_pw = 0,7kg/m³

i_pw = 2683,8kJ/kg

i_w105 = 440,4kJ/kg

i_w80 = 335kJ/kg

i_w140 = 589,1kJ/kg

Szukane:

d_KO = ?

m_g1 = ?

m_g2 = ?

m_uz = ?

V_puz = ?

Rozwiązanie:

1)Średnica kolumny odgazowywacza.

Z równania ciągłości:

Q = υ*F = V

m_u = υ*F*ς_w80; [kg/s] => F = m_u/(υ*ς_w80) = 0,09m²≈0,1m²

υ - prędkość wody uzdatnionej 50m/h = 0,139m/s

F = π*d_KO²/4 => d_KO = √4*F/π = 0,34m

Przyjęto rzeczywistą średnicę kolumny odgazowywacza 350mm

2)Minimalny przepływ pary wtórnej w kolumnie odgazowywacza przy założeniu prędkości minimalnej υ_min = 0,3m/s.

V_pwmin = F_rz*υ_min = 0,1*0,3 = 0,03m³/s

m_pwmin = V_pwmin*ς_pw = 0,03*0,7 = 0,021kg/s

3)Ilość ciepła potrzebna do podgrzania wody uzupełniającej.

Q = m_u*c_p*(t₁-t₂); [kW]

Przyjęto: c_p = 4,23kJ/kg*K

Q = 1,2*4,23*(105-80) = 126,9kW

4)Strumień masy pary wtórnej.

Q = m_pwrz*(i_pw-i_w105); [kW] => m_pwrz = Q/(i_pw-i_w105) = 0,057kg/s

5)Rzeczywista prędkość pary wtórnej w kolumnie odgazowywacza.

υ_pwrz = m_pwrz/(ς_pw*F_rz) =0,81m/s > υ_min = 0,3m/s

6)Strumień masy wody grzejnej.

m_g = 1,15*m_pwrz*[(i_pw-i_w105)/(i_w104-i_w105)]; [kg/s]

m_g = 0,99kg/s

7)Strumień masy wody grzejnej doprowadzanej do odgazowywacza.

m_g1 = 2/3m_g = 0,66kg/s

8)Strumień masy wody grzejnej doprowadzanej do układu dysz.

m_g2 = 1/3m_g = 0,33kg/s

9)Przepływ masowy wody w obiegu uzupełniania.

m_uz = m_u + m_g = 1,2 + 0,99 = 2,19kg/s

10)Wydajność pomp uzupełniających.

V_uz = m_uz/ς_w105 = 2,19/954 = 0,0023m³/s = 8,26m³/h

Zakłada się czas pracy pompy uzupełniającej 30min/h.

V_puz = 2*V_uz = 2*8,26 = 16,52m³/h

ZADANIE 7

Obliczyć wydajność odwadniacza odprowadzającego skropliny z przewodu parowego o długości 50m i średnicy zewnętrznej 114,3mm, transportującego parę suchą nasyconą o nadciśnieniu 6bar i temperaturze 158^oC. Strumień masy pary 0,7kg/s, jednostkowy współczynnik przenikania ciepła przewodu izolowanego przyjąć równe 0,67W/m*K. Temperatura otoczenia 15^oC. Do obliczeń przyjąć ciepło parowania dla 6bar równe 2070kJ/kg, a ciśnienie skroplin 0,32MPa.

Rozwiązanie:

1)Straty mocy cieplnej z rurociągu do otoczenia.

Q_str = u_j*L*Δt. = u_j*L*(t_r-t_o)

Q_str = 0,67*50*(158-15) = 4790,5W≈4,8kW

2)Strumień masowy skroplin powstających wskutek strat ciepła.

m_s = (3600*Q_str)/r; [kg/h] r - ciepło parowania

m_s = (3600*4,8)/2070 = 8,35kg/h

3)Masowa wydajność odwadniacza.

Przyjęto 3 razy większą (z wykładów 2÷3).

m_o = 3*m_s = 3*8,35 = 25,05kg/h

4)Ciśnienie różnicowe.

Δp_r = p₁ -p₂; [bar]

p₁ - ciśnienie przed odwadniaczem (pary suchej); [bar]

p₂ - ciśnienie za odwadniaczem (skropliny); [bar]

Δp_r = 6 -3,2 = 2,8bar

ZADANIE 8

Kocioł wytwarza 1,2 tony pary suchej nasyconej o ciśnieniu 0,5MPa w ciągu godziny. Do zbiornika kondensatu dopływają skropliny o temperaturze 90^oC w ilości 70% strumienia masy wytwarzanej pary. Obliczyć strumień masy pary grzejnej doprowadzanej do zbiornika kondensatu oraz strumień masy wody uzdatnionej o temperaturze 20^oC. Temperatura wody zasilającej kocioł 85^oC. Oblicz moc cieplną kotła parowego. Entalpie właściwe pary i wody:

i_pw = 2747,6kJ/kg

i_w90 = 377kJ/kg

i_w85 = 356kJ/kg

i_w20 = 83,9kJ/kg

Szukane:

m_p = ?

m_uzd = ?

Q_KP = ?

Rozwiązanie:

m_z = m_pk

m_pk = 1,2t/h = 0,33kg/s

m_uzd + m_k + m_p = m_z

m_k = 70%*m_pk = 0,7*0,33 = 0,23kg/s

m_uzd + m_p = m_z - m_k

m_uzd + m_p = 0,33 - 0,23 = 0,1kg/s

m_uzd*i_w20+ m_k*i_w90+ m_p*i_pw= m_z*i_w85

m_uzd*83,9+ 0,23*337+ m_p*2747,6= 0,33*356

83,9*m_uzd + 2747,6*m_p = 117,48

m_uzd + m_p = 0,1

m_p = 0,0084hg/s

m_uzd = 0,0916kg/s

Moc cieplna kotła

Q_KP = m_pk*(i_pw-i_w85) = 789,23kW

ZADANIE 9

Dobrać zawór regulacyjny w instalacji pary nasyconej, jeżeli strumień masy pary wynosi 400kg/h, ciśnienie absolutne pary przed zaworem 0,7MPa, gęstość pary 3,667kg/m³.

Rozwiązanie:

Δp_ZR= 0,4*p₁;[bar]

Δp_ZR = 0,4*0,7 = 0,28MPa = 2,8bar

Δp_ZR = p₁ - p₂; [bar]

p₂ = p₁ - Δp_ZR = 7 - 2,8 = 4,2 bar

p₂/p₁ = 4,2/7 =0,6

p2/p1	≤ 0,6	0,7	0,75	0,8	0,85	0,9	0,95	0,99
m	1	0,96	0,92	0,86	0,77	0,66	0,48	0,22

m = 1

k_V = m_p/(14,2*m*√p₁*ς₁); [m³/h]

k_V = 400/(14,2*1*√7*3,667) = 5,56m³/h

ZADANIE 10

Wyznaczyć objętość rozprężacza odmulin i odsolin z kotła parowego, wytwarzającego parę nasyconą o ciśnieniu 6bar (absolutne ciśnienie 7bar). Ciśnienie w rozprężaczu równe jest 1,05bar. Wydajność odsalania wynosi 480kg/h. Temperatura pary 165^oC. Ciśnienie panujące w rozprężaczu 1,05 bar. Temperatura pary wtórnej przy ciśnieniu 1,05 bar, to 105^oC. Objętość właściwa pary wtórnej w rozprężaczu to 0,2727m³/kg (V_pw). Do obliczeń przyjąć:

i_pw = 2762kJ/kg

i_w165 = 697,1kJ/kg

i_pw1,05 = 2677,5kJ/kg

i_w105 = 423,3kJ/kg

Rozwiązanie:

1)Strumień masy pary wtórnej w rozprężaczu.

m_pw = m_r*[(i_w165-i_w105)/(i_pw-i_w105)] = 58,3kg/h

2)Objętość rozprężacza odmulin i odsolin.

V_r = 0,0005*m_pw*V_pw = 7,9*10^-3m³

ZADANIE 11

Określić przepływy masowe pary wtórnej w zależności od strumienia dopływających skroplin w przypadku zbiornika kondensatu otwartego. Skropliny odpływające ze zbiornika mają temperaturę 90^oC, temperatura dopływających skroplin równa jest 120, 130 lub 140^oC. Entalpia właściwa pary wtórnej (dla 0,1MPa - bo to jest zbiornik otwarty) wynosi 2676kJ/kg. Entalpie właściwe wody:

i_w90 = 377kJ/kg

i_w120 = 503,7kJ/kg

i_w130 = 546,3kJ/kg

i_w140 = 589,1kJ/kg

Rozwiązanie:

m_k = m_z + m_pw

Dla temperatury kondensatu t_k = 120^oC strumień masy pary wtórnej jest równy:

m_pw = m_k*[(i_w120-i_w90)/(i_pw-i_w90)] = m_k*0,055 = 5,5%*m_k

Dla temperatury kondensatu t_k = 130^oC strumień masy pary wtórnej jest równy:

m_pw = m_k*[(i_w130-i_w90)/(i_pw-i_w90)] = m_k*0,074 = 7,4%*m_k

Dla temperatury kondensatu t_k = 140^oC strumień masy pary wtórnej jest równy:

m_pw = m_k*[(i_w140-i_w90)/(i_pw-i_w90)] = m_k*0,092 = 9,2%*m_k

---