ISSN1813-6796 ВІСНИК КНУТД 2013 №6

Моделирование влиянияния термических неоднородностей на приведенное

сопротивление теплопередаче внешних ограждающих конструкцій зданий

Кузнецова Е.А.

Киевский национальный университет технологий и дизайна

В статье выполнен анализ влияния термических неоднородностей, в частности

внешнего угла стеновой конструкции здания, на теплозащитные свойства

ограждающих конструкций зданий. Рассмотрена математическая модель теплопереноса через внешний угол здания с последующим решением задачи с применением комп’ютерной техники. Определено значение приведенного сопротивления теплопередаче рассматриваемого фрагмента внешнего ограждения здания.

Ключевые слова: приведенное сопротивление теплопередаче, термическая неоднородность, теплоперенос, теплопроводное включение.

The simulation of the influence of thermal non-uniformities on resistance to heat transfer of building envelopes Kuznetsova E.

Kyiv National University of Technologies & Design The analysis of the influence of thermal non-uniformities, an external wall corner in particular, on thermal performance of building envelopes was performed in the article. The mathematical model of heat transfer through the external corner of a building with subsequent computer solving of the problem was considered. The value of effective resistance to heat transfer of the considered fragment of the building envelope was determined.

Keywords: thermal resistance, thermal non-uniformity, thermal bridge.

УДК 536. Н.В. КУЛИКОВА, А.А. РЕДЬКО Харьковский национальный университет строительства и архитектуры

УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ КОТЕЛЬНЫХ

АГРЕГАТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДВУХСТУПЕНЧАТЫХ

ТЕПЛОУТИЛИЗАТОРОВ НА ТЕПЛОВЫХ ТРУБАХ

В статье рассмотрена методика теплового расчета теплообменника на тепловых трубах с глубоким охлаждением продуктов сгорания котельной установки и конденсацией водяного пара. Приведены результаты численного исследования распределений температуры и давлений теплоносителей (продуктов сгорания и нагреваемой воды) по длине противоточного теплообменника Ключевые слова: теплоутилизатор; тепловые трубы; теплоноситель, котельная установка В настоящее время одним из основных путей экономии топливноэнергетических ресурсов (ТЭР) в коммунальной энергетике является повышение эффективности их использования путем утилизации тепла уходящих газов [1, 10].

ISSN1813-6796 ВІСНИК КНУТД 2013 № В решение энергетической программы в нашей стране значительный вклад может внести применение теплоутилизационных установок, работающих на дымовых газах котельных.

Постановка проблемы. В настоящее время около 35–40 % топливоэнергетических ресурсов Украины используется на теплоснабжение предприятий и населенных пунктов. Из них 70% теплоты вырабатывается на централизованных и индивидуальных котельных. Существующие котельные установки имеют КПД около 90%, при этом потери теплоты с уходящими газами составляют около 6–8%. Затраты на отопление зданий составляют не менее 50% от всех затрат жилищно-коммунального сектора.

Актуальность. Одним из перспективных направлений в энергосбережении является утилизация теплоты продуктов сгорания котельных установок за счет их охлаждения ниже точки росы (50 55 С) и выделения теплоты конденсации водяных паров [8]. Использование теплоты конденсации водяного пара позволяет повысить коэффициент использования топлива до 8%.

Обзор и анализ публикаций. Основным видом вторичных энергоресурсов (ВЭР) в промышленности является теплота отходящих газов теплоэнергетических и технологических агрегатов [1, 9, 10].

Для использования этих тепловых отходов применяются теплоутилизаторы на тепловых трубах (термосифонах) [8].

Эффективные компактные теплообменники-утилизаторы на оребренных термосифонах для паровых котлов малой мощности (паропроизводительностью 1 т/ч) разработаны в Киевском политехническом институте [2].

На рис.1 показана схема теплоутилизатора на тепловых трубах.

Рис.1 Схема простейшего теплоутилизатора на тепловых трубах ISSN1813-6796 ВІСНИК КНУТД 2013 № Теплообменник состоит из двух газоходов 1 и 2, разделенных газоплотной перегородкой 3. В перегородке закреплены замкнутые теплопередающие элементы в виде тепловых труб 4 со свободными концами, размещенными в газоходах с «горячим»

и «холодным» теплоносителями.

Одной из главных задач этой работы является найти оптимальную методику теплового расчета коэффициента теплоотдачи для двухступенчатого теплоутилизатора на тепловых трубах.

Основные результаты исследования. В данной работе предлагается методика теплового расчета двухступенчатого теплоутилизатора на тепловых трубах (термосифонах) с учетом конденсации водяного пара при глубоком охлаждении продуктов сгорания котельного агрегата.

Методика расчета предполагает позонный расчет параметров (температура, давление, мощность термосифонов, выпадение конденсата и т.д.) по длине теплообменника [9].

КПД утилизатора определяется по формуле;

где t' и t"– температура газов на входе и на выходе из теплообменника.

Также был проведен анализ методик расчета других авторов [1, 3, 6, 7, 8].

Результат численных расчетов следующий.

В качестве рабочих теплоносителей тепловых труб принимались вода, метанол и изобутан ( С6Н10). При охлаждении продуктов сгорания от 150С до 45–50С с расходом 14103 м3/час обеспечивается тепловая мощность 538 кВт. Теплообменная поверхность теплоутилизатора с тепловыми трубами, заполненными водой, значительно меньше на (39 – 40%), чем с тепловыми трубами, заполненными изобутаном. Однако тепловая мощность теплоутилизатора увеличивается в теплоутилизаторе, выполненого по двухступенчатой тепловой схеме: первая ступень – 10 рядов тепловых труб (термосифонов), заполненных водой; вторая – 10 рядов термосифонов, заполненных изобутаном, либо первая ступень – 10 рядов тепловых труб заполненных метанолом;

вторая – 10 рядов термосифонов заполненных изобутаном.

Результаты расчета одноступенчатого теплообменника (во всех термосифонах теплоноситель изобутан) показывают, что мощность аппарата ниже на 30%.

ISSN1813-6796 ВІСНИК КНУТД 2013 № теплоутилизатора показано на рис.2.

Рис. 2. Распределение тепловой мощности термосифонов по длине теплоутилизатора (1 – до 27 термосифона – вода, после 27 – изобутан;

2 – до 8 термосифона метанол, после 8 – изобутан; 3 – во всех термосифонах Выводы. Результаты численного исследования показывают эффективность применения двухступенчатых конденсационных теплообменников на тепловых трубах (термосифонах) в системах утилизации теплоты котельных установок, выполненных по двухступенчатой схеме с различными теплоносителями Кудинов А.А., 2001. Энергосбережение в теплогенерирующих установках. – Ульяновск: УлГТУ. – 139 с.

Безродный М.К., Пиоро И.Л., Костюк Т.О., 2005. Процессы переноса в двухфазных термосифонных системах. Теория и практика. – 2-е издание, дополненное и переработанное. – К.: Факт. – 704 с.

Исаченко В.П. Теплопередача. 1975. Учебник для вузов. Изд. 3-е перераб. и доп. – М.: «Энергия»; – 488 с. с ил.

ISSN1813-6796 ВІСНИК КНУТД 2013 № Васильев Л.Г. Теплообменники на тепловых трубах. – Минск: Наука и техника, 1981. – 143 с.

Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. – М.: Наука, 1982. – 472 с.

Юдин В.Ф. Теплообмен поперечнооребренных труб. – Л.: Машиностроение, 1982. –189 с., ил.

Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередачи.

газопотребляющих котлов в поверхностных теплоутилизаторах конденсацион-ного типа. – Автореф. дис. канд. техн.наук. – К.: – 20 с.

Внуков А.К., Рязанова Ф.А. Повышение эффективности использования природного газа в водогрейных котлах с помощью экономайзера-конденсатора. – Теплоэнергетика. – № 7. – 2013. – С. 43-50.

10. Киосов А.Д., Авруцкий Г.Д. Глубокая утилизация тепла уходящих газов котлов и его аккумулирование. – Теплоэнергетика. – 2011. № 11. – С. 60-63.

Утилізація теплоти відхідних газів котельних агрегатів за допомогою двохступеневого теплоутилізатору на теплових трубах Кулікова Н.В., Редько А.О.

Харківський національний університет будівництва та архітектури У статті розглянута методика теплового розрахунку теплообміннику на теплових трубах з глибоким охолодженням продуктів згоряння котельної установки та конденсацією водяного пару. Наведені результати численого дослідження розподілення температури та тиску теплоносіїв (продуктів згоряння та нагріваємої води) по довжині протитечійного теплообмінника.

Ключові слова: теплоутилізатор; теплові труби; теплоносій, котельна установка.

Оutlet gases utilization in boiler units by means of two-phase heat-utilizer at heat pipes Kharkiv National University of Construction and Architecture This article proposes the heat computation technique of heat exchanger at heat pipes with deep combustion- product cooling in boilers and water steam condensation. The results of heat carrier temperature and pressure distribution (namely: combustion products and water being heated) according to counterflow - heat exchanger length are presented.

Keywords: heat-utilizer; heat-pipes; heat-carrier; boiler unit.