Термодинамика как базовая дисциплина специальности ТГВ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ
ГОУ ВПО "Донбасская национальная академиястроительства и архитектуры "
УТВЕРЖДАЮ: зав. кафедрой
"Теплотехника, теплогазоснабжение
и вентиляция"
___________ А.В.Лукьянов
« » _____________ 2015 г.
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
" История отрасли. Введение в специальность "
для направления 08.03.01"Строительство"
профиль "Теплогазоснабжение и вентиляция"
Макеевка2015
Лекция 1
О специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция»
Проектирование инженерных систем, которые отвечают требованиям, их правильная эксплуатация - залог человеческого здоровья и комфорта человека. Эти задачи решаются инженерами-строителями по специальности теплогазоснабжение и вентиляция.
На данном этапе своего развития кафедра ТТГВ готовит специалистов с высшим образованием по уровню бакалавр и магистр. Все два уровня соответствуют направлению знаний - строительство, а конкретнее строительство систем теплогазоснабжения и вентиляции. Специалисты по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» работают в организациях, осуществляющих строительство и реконструкцию внешних тепловых и газовых сетей, внутренних систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, газоснабжения, а также теплогенерирующих установок, в организациях по эксплуатации вышеуказанных систем; проектных учреждениях отраслевого характера, при решении вопросов, связанных с проектированием и конструированием данных систем; в научных учреждениях при выполнении разведывательных, научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ с целью применения новых технологий в области теплогазоснабжения, вентиляции, рационального использования энергии и охраны воздушного бассейна.
|
|
|
Проектирование систем теплогазоснабжения и вентиляции включает следующие задачи:
- разработка технико-экономических обоснований проектов рационального использования и утилизации тепловых ресурсов, схем теплогазоснабжения и вентиляции;
- прогнозирование, изучение и разработка тепловых балансов предприятий, промышленных зон, городов и поселков;
- проектирование сетей теплогазоснабжения, систем отопления, вентиляции, газоснабжения и кондиционирования воздуха;
- проектирование теплогенерирующих и теплоутилизационных установок;
- разработка энергосберегающих мероприятий.
Строительство систем теплогазоснабжения и вентиляции включает задачи:
- проверка рабочих чертежей по сооружениям и системах, которые намечены к строительству;
|
|
|
- организация и управление специальными и монтажными работами;
- обеспечение контроля за качеством выполнения работ при прокладке наружных и внутренних сетей;
- выполнение инструментальных наблюдений по всем видам работ;
- разработка проектов организации и выполнения монтажных работ;
- оформление мероприятий по предотвращению производственного травматизма, предупреждению и ликвидации аварий.
Эксплуатация систем теплогазоснабжения и вентиляции включает задачи:
- обеспечение безотказной и эффективной работы систем тепло-и газоснабжения;
- внедрение прогрессивных технологий;
- наладка систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;
- эксплуатация теплогенерирующих установок.
Теплогенерирующие установки
Теплогенерирующие установки для систем теплоснабжения – это комплекс технических устройств и агрегатов, предназначенных для выработки энергоносителя заданных параметров (водяного пара или горячей воды) за счёт сжигания топлива, а также подачи его в систему теплоснабжения.
Топливо – вещество, выделяемое при определённых условиях большое количество тепловой энергии, которую в зависимости от технических и экономических показателей используют в различных теплотехнических устройствах.
|
|
|
Топливо можно разделить на две основные группы: горючее и расщепляющееся. Горючее – топливо, которое выделяет необходимое количество теплоты при взаимодействии с другим веществом (окислителем).
Органическое топливо различают по способу получения: естественное (ископаемое, природное), искусственное. Естественное – топливо, используемое без переработки, накопленное в недрах земли : уголь, торф, природный газ.
Искусственное – топливо, полученное при переработке естественного, в свою очередь делится на: композиционное – механическая смесь горючих, а горючих и негорючих веществ, обладающих новыми теплотехническими свойствами по сравнению с исходными (топливные суспензии, эмульсии, брикеты, гранулы).
По степени углефикации исходного органического материала твёрдое топливо делят на: древесину, торф, бурый уголь, каменный уголь и антрацит.
Природным жидким топливом является сырая нефть. Она представляет собой смесь жидких углеводородов различного состава, в которых могут быть растворены твёрдые углеводороды . Сырая нефть как топливо не используется. В качестве топлива применяется отход переработки нефти – мазут.
|
|
|
Газообразное топливо состоит из механической смеси горючих и негорючих газов с небольшой примесью водяных паров, смолы и пыли. К естественным газам относятся природный и попутный газ, выделяющийся при извлечении нефти. Искусственные горючие газы: генераторный ( путём неполного сгорания твёрдого топлива), коксовый и доменный газы (отходы печей).
Котлом называется устройство, в котором для получения пара или нагрева воды под давлением выше атмосферного, потребляемых вне этого устройства, используется теплота, выделяющаяся при сгорании органического топлива.
Первые цилиндрические котлы имели большие недостатки: небольшой паросъём, неразвитую поверхность нагрева, большой водяной объём и занимаемую площадь.
Совершенствование котлов шло по двум направлениям: по пути развития внутренней поверхности нагрева – жаротрубные котлы и газотрубные; по пути развития внешних поверхностей нагрева – водотрубные котлы.
В газотрубных котлах продукты сгорания проходят внутри труб, а вода омывает их снаружи и нагревается. В водотрубных наоборот, вода проходит внутри труб, а продукты сгорания обогревают их внешнюю поверхность. По конструкции и характеру расположения трубных пучков и их объединению в общую систему водотрубные котлы принято разделять на горизонтально-водотрубные и вертикально-водотрубные.
Назначение водогрейных котлоагрегатов – получение горячей воды заданных параметров.
Первые чугунные водогрейные котлы НР (Ревокатова) – секционные появились в эксплуатации свыше 60 лет назад. Они работают обычно с температурой нагрева воды 95ºС.
Примером применения в настоящее время чугунных водогрейных котлов являются котлы КЧ-1,2,3 – шатрового типа. Они выполнены по единому принципу: их собирают из отдельных полных чугунных секций особой формы.
Теплогенераторы локальных систем теплоснабжения в зависимости от способов установки подразделяются на настенные и наземные (стационарные); в зависимости от топлива, которое сжигается, на теплогенераторы для одного вида топлива и комбинированные теплогенераторы (для сжигания нескольких видов топлива); в зависимости от режима работы на теплогенераторы одноконтурные (отопление или горячее водоснабжение) и многоконтурные.
Настенные теплогенераторы предназначаются для поквартирного отопления и горячего водоснабжения по прямоточному принципу в одноквартирных домах, ярусных квартирах, модульных котельных. Теплогенераторы монтируются на стене и благодаря этому не занимают полезную жилую площадь, которая была бы необходимая в случае установления агрегата на полу.
 |  | ||
Режим отопления Режим ГВС
Рис. 7.8 Функиональные схемы работы двухконтурных настенных теплогенераторов
Напольные теплогенераторы выпускаются в разнообразных конструктивных модификациях: с прямоточной циркуляцией теплоносителя; секционные; жара-газотрубные теплогенераторы; водотрубные теплогенераторы; вакуумные.
Конструктивно жарагазотрубные теплогенераторы делятся на двухходовые и многоходовые, с тупиковой и прямоточной топкой.
Примером двухходовых теплогенераторов с прямоточной топкой могут быть теплогенераторы типа ВК, КВ, Ника, Mina
Контрольные вопросы.
1. Задачи проектирования систем теплогазоснабжения и вентиляции.
2. Задачи строительства систем теплогазоснабжения и вентиляции.
3. Задачи эксплуатация систем теплогазоснабжения и вентиляции.
4. Что такое ТГУ?
5. Котлоагрегат это- ?
6. Классификация топлива.
7. Направления развития котлоагрегатов.
Лекция 2
Термодинамика как базовая дисциплина специальности ТГВ
1. История возникновения термодинамики
2. Предмет и методы термодинамики
3. Роль термодинамики при изучении специальных дисциплин
Студенты специальности ТГВ (теплогазоснабжение и вентиляция) на 2 курсе начинаю изучение курса «Техническая термодинамика», первым предметом читаемым преподавателями кафедры ТТГВ.Данная лекция познакомит вас о важности этого курса для последующего изучения профильных дисциплин.
1. История возникновения термодинамики
Термодинамика возникла из потребностей теплотехники. Развитие производственных сил стимулировало ее создание. Широкое применение в начале ХІХ в. паровой машины поставило перед наукой задачу теоретического изучения работы тепловых машин с целью повышения их коэффициента полезного действия. Так в 1824г. французским физиком Сади Карно было проведено исследование, доказавшим теоремы, определяющие наибольший коэффициент полезного действия тепловых машин. Эти теоремы позволили в последствии сформировать один из основных законов термодинамики – второе начало. В 40-х годах ХІХ в. в результате исследований Майера и Джоуля был установлен механических эквивалент теплоты и на этой основе открыт закон сохранения и превращения энергии, называемый в термодинамике ее первым законом. Первое и второе начало термодинамики или первый и второй закон термодинамики имеют различные формулировки, большая часть которых эквивалентна одна другой и выражает полное содержание самого закона. Разнообразие формулировок этих законов связано с их проявлением в тех или иных конкретных случаях.
В 1906г. на основе многочисленных исследований свойств тел при температуре, был установлен новый закон природы – третье начало термодинамики.
Основываясь на трех началах, термодинамика исследует свойства реальных систем, состоящих из большого числа частиц.
Сложившееся название «термодинамика» употребляется вне связи с понятием динамики и определяет не учение о движении теплоты, а науку о «движущих силах», возникающих при тепловых процессах. (И.П. Базаров Термодинамика, М.: Высшая школа, 1991, 376 с. )
2. Предмет и методы термодинамики
В зависимости от задач исследования выделяют:
-общую;
-химическую;
-техническую термодинамику;
-термодинамику биологических систем и т.д.
Для студентов теплотехнических специальностей особое значение играет техническая термодинамика. Техническая термодинамика - рассматривает процессы взаимного превращения теплоты и работы. Она устанавливает связь между тепловыми, механическими и химическими процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных машинах, изучает процессы, происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических условиях.
Теоретическую основу термодинамики составляют три опытных положения.
Первый закон (начало) термодинамики устанавливает количественные соотношения между теплотой и работой при их взаимном превращении (частный случай общего закона сохранения и превращения энергии).
Второй закон (начало) термодинамики характеризует условия и направление протекания естественных процессов в макросистемах, устанавливает условия непрерывного преобразования теплоты в работу и пути эффективного процесса преобразования.
Третий закон термодинамики (тепловая теорема Нернста) определяет свойства тел при температурах, близких к абсолютному нулю.
Термодинамика использует такие методы исследования:
- метод круговых процессов;
- метод термодинамических функций и геометрических построений Гиббса;
- метод графического анализа.
Термодинамические методы анализа имеют особенности:
- не используются какие-либо гипотезы или теории о строении вещества;
- термодинамическая система, которая изучается или анализируется, противопоставляется всем другим телам или системам - окружающей среде.
Такой подход к анализу основных вопросов составляет суть феноменологической термодинамики.
Но феноменологическая термодинамика не дает ответа на вопрос о молекулярной суть тепловых процессов. Этот вопрос решается статистической термодинамикой (молекулярно-кинетической теорией теплоты).
В современных условиях феноменологическая и статистическая термодинамики дополняют друг друга, что позволяет более плодотворно изучать явления, связанные с различными формами преобразования энергии.
3. Роль термодинамики при изучении специальных дисциплин
Классическая термодинамика является мощным средством исследования рабочих процессов. Для решения важнейших задач современной теплотехники, для исследования новых тепловых процессов и рабочих тел в 50-х годах XX столетия были разработаны термодинамические методы исследования необратимых процессов.
В процессе научно-технической революции непрерывно выдвигаются все новые и новые проблемы, решение которых имеет первостепенное значение для науки и техники. К числу таких проблем поправу могут быть отнесены многие проблемы энергетики, связанные с поиском и развитием новых источников и видов энергии для промышленного использования, с ее экономным расходованием и многими другими.
Основные понятия о термодинамических характеристиках (плотность, температура, теплоемкость и др.) рабочих тел (вода, пар, воздух и др.) полученные при изучении курса термодинамики необходимы для освоения таких дисциплин: тепломассообмен, отопление, теплоснабжение, теплогенерирующие установки, вентиляция и кондиционирование воздуха и др. Умение пользоваться справочной информацией и специальными средствами (id диаграммой) для определения параметров воздуха, необходимо для грамотного и правильного проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха, а так же для экономически целесообразного подбора оборудования.
Так же для научно-исследовательской работы, которая предстоит Вам в магистратуре, а кому то и в аспирантуре, термодинамика не только не теряет, но, наоборот, приобретают все большее и большее значение.
Так, например, важное место в настоящее время занимают исследования и разработки новых термодинамических циклов различных комбинированных тепловых насосов.
Очень важные и большие задачи стоят в области высокотемпературной и низкотемпературной термодинамики, что приводит к необходимости глубокого изучения термодинамических свойств новых рабочих тел в условиях высоких и низких температур. Изучение этой темы необходимо для проектирования систем кондиционирования воздуха.
Нельзя также забывать о необходимости все более широкого использования в народном хозяйстве энергии солнца, ветра, морских приливов и отливов, геотермальных установок, установок опреснения солевых вод. Все это требует создания мощных энергетических установок, в которых вопросы термодинамики будут играть не только важную, но и основную роль.
Все вышеизложенное свидетельствует о том, что знание основных законов и положений термодинамики необходимо для специалистов теплотехнического направления. Термодинамика составляет теоретическую основу многих специальных дисциплин, включенных в учебный план нашего высшего учебного заведения.
Контрольные вопросы
1. Определение технической термодинамики.
2. Исторические предпосылки возникновения термодинамики как отдельной науки.
3. Формулировка основных законов термодинамики.
4. Роль термодинамики при изучении специальных дисциплин
Лекция 3
Отопление
1.1 Цель изучения дисциплины Отопление. Назначение отопления.
1.2 Гигиенические основы отопления.
1.3 Требования, предъявляемые к системе отопления.
1. 1 Цель изучения дисциплины Отопление. Назначение отопления.
Цель изучения дисциплины Отопление – использование полученных знаний для проектирования, монтажа и эксплуатации систем отопления зданий различного назначения.
Система отопления - совокупность конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепловой энергии во все обогреваемые помещения.
Система отопления состоит из следующих основных конструктивных элементов: отопительная установка (теплообменника) для получения тепловой энергии при сжигании топлива или от другого источника; отопительных приборов для теплопередачи в помещение; теплопроводов и сети труб или каналов для теплопереноса от теплообменника к отопительным приборам. Теплоперенос осуществляется теплоносителем - жидким (вода) или газообразным (пар, воздух, газ).
Система отопления – инженерная система здания, обеспечивающая тепловой комфорт нормативный срок эксплуатации зданий и сооружений и технологический процесс. Функционирует в течение отопительного сезона
Назначение отопления --- обеспечение: теплового комфорта необходимого для жизнедеятельности человека; сохранности зданий и сооружений; технологических процессов.
Тепловой комфорт- сочетание температур внутреннего воздуха и радиационной температуры, при которых организм человека функционирует без напряжения
1. 2 Гигиенические основы отопления
В каждом обогреваемом помещении необходимо создавать и поддерживать тепловой режим в зависимости от его назначения и предъявляемых санитарно-гигиенических требований.
Тепловой режим здания - общее тепловое состояние в течение отопительного сезона, рассматриваемое, как совокупность тепловых условий в помещениях. Тепловой режим может быть равномерным в зданиях с постоянным пребыванием людей, иметь суточные, недельные и другие циклы изменения, связанные с периодической деятельностью людей и использованием зданий.
Соотношение между количествами тепла, переданными разными способами теплообмена изменяется в зависимости от температуры воздуха в помещении, температур поверхностей ограждающих конструкций и нагревательных приборов.
Комфортными считаются условия, в которых сохраняется нормальное функциональное и тепловое состояние организма без напряжения системы терморегуляции. Такие условия создают предпосылки для высокого уровня работоспособности человека. Близкие к комфортным условия называют допустимыми.
Комфортные тепловые условия выражает осредненная температура помещения tп. При практических расчетах в условиях конвективного отопления за температуру помещения принимают значения температуры воздуха tв , приведенные в СниП, ГОСТ и ДБН.
Первое условие комфортности обеспечивает условие общей теплоотдачи.
Но на самочувствие человека влияют условия, в которых находятся его голова и ноги. Голова особенно чувствительна к радиационному нагреванию и охлаждению. Ноги могут перегреваться и переохлаждаться при соприкосновении с поверхностью нагретого или холодного пола. Потоки холодного воздуха вдоль пола могут вызвать простудные заболевания.
Второе условие тепловой комфортности в помещении определяет температуру нагретой или охлажденной поверхности, допустимую для человека, находящегося непосредственно около этой поверхности, и связано с интенсивностью лучистого теплообмена.
Таким образом, тепловой комфорт в помещениях в холодное время года можно обеспечить, если, прежде всего, поддерживать определенные температуру воздуха, температуру внутренней поверхности ограждений и температуру поверхности отопительных приборов.
Конвективное отопление
Конвективное отопление – система отопления, при которой температура внутреннего воздуха выше радиационной температуры
Лучистое отопление
Лучистое отопление – система отопления, при которой радиационная температура выше температуры внутреннего воздуха.
Основная роль отопления заключается в обеспечении благоприятного самочувствия и высокой жизнедеятельности людей путём создания тепловой комфортной обстановки в помещении в холодное время года, т.е. поддержанием достаточно равномерной температуры воздуха и определённой температуры внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов.
1.3 Требования, предъявляемые к системам отопления.
К системе отопления, как одной из инженерных систем здания, предъявляются разнообразные требования. Все требования, наиболее полно выражаются применительно к помещениям постоянного или длительного пребывания людей, можно разбить на 5 групп.
Санитарно-гигиенические требования к системе отопления – поддержание определённой и равномерной температуры во времени, в плане и по высоте помещения без усиленной подвижности воздуха, а та ограниченной температуре поверхности отопительных приборов
Контрольные вопросы
- Цель изучения дисциплины Отопление. Назначение отопления
- Тепловой режим здания
3. Конвективное отопление. Лучистое отопление
4. Требования, предъявляемые к системам отопления
Лекция 4
Теплоснабжение
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 426; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!