Использование вторичных энергоресурсов вычислительных систем

0

Дипломный проект

Использование вторичных энергоресурсов вычислительных систем

Аннотация

 

Пояснительная записка содержит 68 страниц, в том числе 17 рисунков, 8 таблиц, 20 источников, 1 приложение. Графическая часть выполнена на 8 листах формата А1.

В данном  проекте осуществляется проектирование холодильной установки для обеспечение требуемого температурного режима процессоров и обеспечения горячей водой потребителей. Исследован объект тепловыделений, определены величины потребной холодопроизводительности. Разработана холодильная установка с применением испарителя нового типа, включающая гидравлический расчет.  Применение разработанного проекта позволит увеличить срок службы вычислителей, повысит показатели экономии энергоресурсов, снизит выбросы теплоты в окружающую среду.   

 

Annotation

 

The Explanatory note contains 68 pages including 17 figures, 8 tables, 20 sources, an application. The graphical part is made of 8 sheets of A1.

This project is the design refrigeration systems for ensuring the required temperature of processors and provide hot water consumers. Investigated object thermal emissions, defined quantities of the required cooling capacity. Developed a refrigerator with a new type of evaporator, including the hydraulic calculations. Application of the developed project will extend the life of calculators, rates will increase energy savings, reduce emissions of heat into the environment.


Содержание

 

Введение5

1 Характеристика объекта6

2 Описание способов отвода тепла9

2.1 Естественное охлаждение9

2.2 Пассивный радиатор10

2.3 Радиатор с обдувом11

2.4 Термоэлектрическое охлаждение с помощью модулей Пельтье11

2.5 Водяное охлаждение12

2.6 Радиатор с магнитным насосом13

2.7 Системы охлаждения, использующие фазовый переход14

2.8 Охлаждение с помощью криогенных веществ16

3 Расчётная часть17

3.1 Расчёт типового испарителя для процессора17

3.2 Расчет испарителя системы воздухоподготовки21

3.3 Расчёт конденсатора31

3.4 Гидравлический расчёт холодильной машины37

4 Безопасность труда39

4.1 Возможные чрезвычайные ситуации 39

4.2 Расчёт освещения43

5 Расчёт технико-экономических показателей49

5.1 Определение капитальных вложений. 49

5.2 Материальные затраты при использовании холодильной установки. 52

5.3 Амортизация основных средств при использовании холодильной установки  52

5.4 Себестоимость отпущенной горячей воды. 55

Заключение57

Список использованных источников58

Приложение А Результаты гидравлического расчёта59

 

Введение

 

В настоящее время остро стоит проблема повышения энергоэффективности в различных производственных процессах и, как следствие, увеличения рентабельности вложенных в предприятие средств. Большая часть технологических процессов в различных отраслях промышленности располагает большим количеством энергии, на данный момент практически не используемой и теряемой в окружающую среду.  Значительная часть этой бесхозной энергии является низкопотенциальной тепловой энергией. Полезно использовать данный тип энергоресурса возможно при помощи теплового насоса или установки типа детандер-генератор. При использовании теплонасосных установок в системах централизованного теплоснабжения позволяет существенно повысить технико-экономические показатели систем городского энергохозяйства. Технически возможна утилизация до 45% низкопотенциальной теплоты (около 10% от количества отпускаемой теплоты). При этом может быть достигнуто замещение органического топлива в больших объемах, чем при децентрализованном теплоснабжении. Отличительной чертой данного метода использования ВЭР является универсальность к различным ВЭР с температурой от +3 до +40 °С.

Многочисленные открытия и исследования дали толчок развитию средств вычислительной техники за последние десятилетия. Вычислительная мощность по сравнению с 1970 годом возросла в миллиарды раз, при этом снизилась и себестоимость вычислительных устройств. Однако при этом возросла  и рассеиваемая побочная тепловая мощность на вычислительных элементах. Так, до 1997 года мейнстримовые вычислительные устройства не имели систем охлаждения, до 2000 года в качестве системы охлаждения использовался пассивный радиатор для процессоров, как элементов, наиболее активно выделяющих тепловую энергию. С 2003 года на ядрах как центральных, так и графических процессоров, в основном, устанавливаются радиаторы с обдувом. При совместной работе большого числа единиц вычислительной техники для достижения достаточной вычислительной мощности возникает проблема отвода тепла от нагревающихся элементов для предотвращения их перегрева и последующего выхода из строя. Крупные системы, называемые кластерами, состоящие из десятков стандартных единиц вычислительной техники выделяют мощность порядка десятков кВт. Поэтому встаёт вопрос о эффективной утилизации избыточной тепловой мощности и последующего полезного её использования в хозяйственных целях. Утилизируемая энергия может использоваться как для собственных предприятия, так подаваться в общую энергосистему как энергия, идущая на экспорт.

 

1 Характеристика объекта

 

 Данный суперкомпьютер имени Ломоносова входит в состав научно-исследовательского вычислительного центра и является важнейшим инструментов для проведения различных разработок. По данным [1] на ноябрь 2011 года он занимает девятнадцатое место в списке самых мощных суперкомпьютеров.

Таблица 1- Выдержка из полной таблицы сайта.

Особое внимание вычислительный центр уделяет распространению передовых информационных технологий в самом Московском университете - и в плане организации экзаменов и приема студентов, и в плане управления учебным процессом, и в плане администрирования и развития университета. Таким большим вузом как МГУ сложно управлять, и для поддержки управления сотрудниками НИВЦ разработаны и внедрены информационные системы по всем направлениям деятельности Университета. Руководит работами Директор НИВЦ профессор, доктор физико-математически наук А.В Тихонравов, его заместитель - кандидат физико-математических наук О.Д.Авраамова  [2].

В концепции нового поколения информационных систем, реализуемой НИВЦ МГУ, можно выделить следующие ключевые моменты:

сочетание использования собственных разработок со стандартными программными продуктами, интеграция подсистем, использование CASE-средств для проектирования и документирования систем, управляемая смена поколений информационных систем.

На базе НИВЦ создан Суперкомпьютерный центр Московского университета, основу которого составляют суперкомпьютеры «Ломоносов» (510 Тфлопс) и «Чебышев» (60 Тфлопс). На сегодня это самый мощный суперкомпьютерный комплекс России и один из наиболее значительных в мире. Возможностями комплекса сегодня пользуются более 350 научных групп, представляющих все основные подразделения МГУ, многие институты РАН и организации России , работающие по таким направления фундаментальных исследований как магнитная гидродинамика, гидро- и аэродинамика, квантовая химия, сейсмика, компьютерное моделирование лекарств, геология и науки о материалах, биоинформатика и биоинженерия, фундаментальные основы нанотехнологий, инженерные расчеты, криптография и многое другое. Юридический адрес: НИВЦ МГУ, «Лаборатория параллельных информационных технологий», 119991 Москва, Ленинские горы, 1, стр.4, к. 315, 314, 313. Установка занимает первое место по России среди подобных систем параллельных вычислений. В данный момент на ней, как и на большинстве подобных систем, отвод избыточного тепла производится кондиционированным воздухом с помощью мощных систем кондиционирования воздуха. При этом, в общей сложности, отводится до 3 МВт тепла. Выделяемое тепло непосредственно от процессоров представлено в таблице 2 [3].

 

Таблица 2 - Характеристика тепловыделений рассматриваемой системы

  

2 Описание способов отвода тепла

2.1 Естественное охлаждение

  

Применяется при малой плотности тепловыделений на элементах. На тепловыделяющие элементы – микросхемы накладывается теплораспределяющая крышка из меди или алюминия(чаще), служащая для защиты микросхемы от внешних воздействий и одновременной интенсификации теплообмена. Теплоотвод производится воздухом из окружающего пространства, при этом не используются никакие дополнительные устройства.

 Ранее имел место во многих системах при существовавших тепловыделениях – до 0,5 Вт/см2. В настоящее время присутствует только на периферийных элементах. На рисунке 1 представлена плата с процессором, имеющим пассивное охлаждение, с теплораспределяющей крышкой из пластмассы [4].

 

Рисунок 1 - Печатная плата с установленным процессором i386EX

 

2.2  Пассивный радиатор

  

Применяется при плотности теплоотвода от 0,5 Вт/см2 до 4 Вт/см2. Сочетает в себе естественное охлаждение и применяемый радиатор для ещё большей интенсификации теплообмена. Радиатор монтируется на элементе чаще всего с помощью винтов, вкручиваемых в подготовленные отверстия на главной печатной плате. Для устранения воздушного зазора используется термопаста, имеющая свойства диэлектрика и относительно хорошую теплопроводность. Тепловоспринимающая поверхность радиатора тщательно полируется и изготавливается из меди и алюминия.

Конструкции радиаторов могут быть различны. Ранее чаще всего применялись цельнолитые алюминиевые радиаторы или цельнолитой корпус с оребрением и медным основанием. В последствие стала применяться схема на тепловых трубках, в которой тепло от основания переносится на пластины с помощью тепловых трубок (написать больше про тепловые трубки).

Первым процессором, использующим пассивный радиатор, стал i486DX2-50, представленный на рисунке 2 [5].

Рисунок 2 - Процессор i486DX2-50 с установленным радиатором

 

 

2.3 Радиатор с обдувом

 

 

Наиболее распространённый на настоящий момент способ. На радиатор устанавливается один или более вентиляторов (до 3). Скорость вентилятора и расхода воздуха соответственно регулируется с помощью реостата в ручном режима и/или применяется ШИМ-регулирование с управляющей платы. Регулирование осуществляется исходя из разницы между текущей температурой элемента и максимально допустимой. На рисунке 3 представлен пример такого радиатора с обдувом [6].

Рисунок 3 - Процессорный кулер Enermax ETD-T60-VD

 

2.4 Термоэлектрическое охлаждение с помощью модулей Пельтье

 

Данный метод рассматривался некоторое время, однако был признан невыгодным из-за высокой стоимости модулей Пельтье и небольшой отводимой с помощью данного метода тепловой мощности (разница температур на холодном и горячем спае модуля при каскадном расположении модулей (до 5) была равна 15 °С). На рисунке 4 представлен радиатор с обдувом, у которого под тепловыми трубками установлены модули Пельтье, получающие питание от материнской платы [6].

Рисунок 4 - Процессорный кулер с модулем Пельтье Titan Amanda TEC

 

2.5 Водяное охлаждение

 

Более эффективный по сравнению с радиатором с обдувом способ охлаждения. Схема представляет собой замкнутый контур с насосом и двумя рекуперативными теплообменниками: первый крепится на элементе, способ крепления аналогичен способу крепления радиатора; второй устанавливается вне корпуса системы, иногда на нём устанавливается вентилятор для обдува. По контуру с помощью насоса циркулирует щелочной раствор, чаще всего раствор спирта. Несколько крупных систем, принадлежащих компании IBM используют данный способ охлаждения. На рисунке 5 представлена система водяного охлаждения от компании Thermaltake [6].

Рисунок 5 - Водяная система охлаждения для процессора Big Water 760 Plus

 

2.6 Радиатор с магнитным насосом

 

По принципу действия аналогичен радиатору с тепловыми трубками, но вместо легкокипящей жидкости в трубках циркулирует жидкий металл (обычно используется натрий). Данная система используется редко в силу того, что эффект от использования магнитного насоса практически полностью компенсируется высокой стоимостью оборудования. На рисунке 6 представлена серийно выпускавшаяся система охлаждения от компании Danamics [6].

 

Рисунок 6 - Процессорный кулер с магнитной помпой Danamics LM10]

 

2.7 Системы охлаждения, использующие фазовый переход

 

Данные системы редко используются, однако в настоящее время изготавливаются серийно промышленностью. Является наиболее эффективным в плане постоянного охлаждения способом. Схематично простейшую систему можно представить следующим образом: испаритель крепится на элементе, конденсатор и компрессор устанавливаются вне корпуса, капилляры, по которым будет перемещаться хладагент будут теплоизолированы; для предотвращения образования конденсата на элементах используется либо вспомогательный подогрев, либо кондиционирование воздуха вокруг элемента. Как и любая холодильная установка, такая система может быть однокаскадной, двухкаскадной или многокаскадной, а также с применением хладоносителя или без него. На крупных вычислительных системах в данный момент такой способ не применяется.  На рисунке 7 представлена система охлаждения системного блока компании Thermaltake [6].

Рисунок 7 - Система охлаждения Xaser VI

2.8 Охлаждения с помощью криогенных веществ

 

Данный метод является самым эффективным способом охлаждения и используется для нахождения максимально возможного режима работы оборудования. Является разовым в виду большого расхода и стоимости криогенных веществ. На рисунке 8 представлен медный стакан от компании Koolance [6].

 

Рисунок 8 - Медный стакан с азотом, установленный на процессоре


 

  • Расчётная часть
    • Расчёт типового испарителя для процессора

 

 

Исходными данными для данного расчёта являются:

необходимая температура на крышке теплораспределителя процессора;

тепловая мощность, снимаемая с крышки теплораспределителя процессора;

температура хладагента в теплообменнике.

 размеры теплообменника.

Остальные параметры выбираются по ходу расчёта из справочной литературы.

Предварительно примем  число ходов,  диаметр канала.

 

Из этих данных получаем толщину стенок, мм:

 

                                 (3.1)

 

Общая площадь поверхности теплообмена канала определена по формуле,  :

 

          (3.2)

 

Общая длина хода хладагента в теплообменнике, м:

 

                                        (3.3)

 

 

Предварительный удельный тепловой поток, :

 

                                    (3.4)

 

Температура стенки канала, :

 

                               (3.5)

 

где    – теплопроводность для меди

Расход хладагента через теплообменник, :

 

                                (3.6)

 

где  - теплота парообразования хладагента при расчётной температуре

 

Расчётная скорость хладагента в теплообменнике, :

 

                                     (3.7)

Рассчитываем составляющую теплообмена при обтекании стенки канала жидкостью. Число Рейнольдса для выбора режима движения:

 

                              (3.8)

 

где плотность жидкой фазы хладагента при расчётной температуре,

  динамическая вязкость жидкой фазы при расчётной температуре.

 

Режим течения турбулентный, производим расчёт числа Нуссельта по формуле Михеева[7]:

 

            (3.9)

где -  число Рейнольдса для жидкой фазы хладагента с температурой

 число Прандтля для жидкой фазы хладагента с температурой

 число Прандтля для жидкой фазы хладагента с температурой

 число Прандтля для жидкой фазы хладагента с температурой

 

 

Рассчитываем коэффициент теплообмена для данного вида теплообмена, :

 

                        (3.10)

 

 

Рассчитываем составляющую теплообмена при кипении хладагента.

 

 

Находим первую критическую плотность теплового потока для определения характера кипения(параметры среды берём при её температуре в канале), :

 

                  (3.11)

 

Предварительный тепловой поток не превышает данного значение, на этом основании делаем вывод о том, что кипение носит пузырьковый характер.

 

Коэффициент теплообмена[7]:

 

                               (3.12)

 

В данном случае функция удельного теплового потока является неявной функцией. Запишем её:

 

                         (3.13)

 

Преобразовываем данное уравнение в уравнение вида f(x)=0:

 

             (3.14)

 

 

Сделаем замену переменной  и разделим выражение на  :

 

                       (3.15)

 

Решим аналитически данное кубическое уравнение методом Вието-Кардано. Находим коэффициенты для нашего случая[8]:

 

                        (3.16)

                         (3.17)

 

В данном уравнении случай, когда . Для нахождения действительного корня найдём следующие коэффициенты:

 

            (3.18)

 

                               (3.19)

 

Действительный корень будет равен:

 

                                 (3.20)

 

Возвращаемся к замене переменной. Удельный тепловой поток, :

 

                              (3.21)

 

Для нахождения тепловой мощности, проинтегрируем удельный тепловом потом по толщине стенки и общей длине канала. Функция удельного теплового потока будет зависеть от толщины стенки, :

 

              (3.22)

 

Вывод расчёта: тепловая мощность теплообменника получилась равной потребной отводимой мощности. Расчёт проведён верно.

 

 

  • Расчёт испарителя системы воздухоподготовки

 

 

Исходными данными для данного расчёта являются:

 

 тепло, отбираемое с элементов вычислителя и периферийных устройств.

температура воздуха после выхода из испарителя.

конечная температура воздуха на входе в испаритель.

температура хладагента в теплообменнике.

Остальные параметры выбираются по ходу расчёта из справочной литературы.

Предварительно примем  число ходов(пучков),  диаметр труб, ,  число труб в пучке. Способ расположения труб в пучке - шахматный.

 

Потребный расход воздуха для охлаждения, :

 

                         (3.23)

средняя теплоёмкость воздуха для расчёта;

средняя плотность воздуха для расчёта;

 

Принимаем скорость воздуха .

Рассчитаем площадь поперечного сечения теплообменника, :

 

                           (3.24)

 

Форму поперечного сечения принимаем прямоугольник со сторонами  Площадь сечения .

Перерасчитываем скорость воздуха, :

 

                         (3.25)

 

 

Определяем число Рейнольдса для выбора режима движения воздуха:

 

                      (3.26)

 

коэффициент динамической вязкости.

 

 

Режим движения - турбулентный. Среднее число Прандтля для данного диапазона температур для воздуха .

Рассчитываем число Нуссельта для процесса обтекания воздухом пучка труб:

 

               (3.27)

 

где - расстояние между трубами в пучке;

расстояние между пучками.

 

Определяем коэффициент теплоотдачи для данного процесса теплообмена, :

 

                              (3.28)

 

где - коэффициент теплопроводности воздуха.

 

Рассчитываем расход хладагента через одну трубу, :

 

                       (3.29)

 

Определяем скорость движения хладагента в трубе, :

 

                                 (3.30)

 

Находим предварительную удельную тепловую мощность, поглощаемую первым пучком труб, :

 

                     (3.31)

 

Находим приблизительную температуру на внутренней стенке трубы первого пучка труб, :

 

                             (3.32)

 

Найдём число Рейнольдса для выбора характера движения хладагента по трубам:

 

                      (3.33)

 

Среднюю температуру для поверхности стенки и хладагентом берём из предыдущего расчёта,

Рассчитываем число Нуссельта для данного вида теплообмена:

 

      (3.34)

 

Находим коэффициент теплообмена, :

 

                         (3.35)

 

Рассчитываем составляющую теплообмена при кипении хладагента.

Находим первую критическую плотность теплового потока для определения характера кипения(параметры среды берём при её температуре в канале), :

 

         (3.36)

Предварительный тепловой поток не превышает данного значение, на этом основании делаем вывод о том, что кипение носит пузырьковый характер.

Коэффициент теплообмена:

 

                                    (3.37)

 

В данном случае функция удельного теплового потока является неявной функцией. Запишем её:

 

                                  (3.38)

 

Преобразовываем данное уравнение в уравнение вида f(x)=0:

 

 (3.39)

 

Сделаем замену переменной  и разделим выражение на

 :

 

        (3.40)

 

Решим символически данное кубическое уравнение методом Вието-Кардано. Находим коэффициенты для нашего случая:

 

              (3.41)

      (3.42)

 

В данном уравнении случай, когда . Для нахождения действительного корня найдём следующие коэффициенты:

 

   (3.43)

 

                                 (3.44)

 

Действительный корень будет равен:

 

                           (3.45)

 

 

Возвращаемся к замене переменной. Удельный тепловой поток, :

 

                              (3.46)

Определяем температуру воздуха, омывающего следующий по порядку пучок, :

 

                          (3.47)

 

Аналогичным образом рассчитываем остальные 76 пучков. Результаты сводим в таблицу.

 

 

 

 

 

Таблица 3- Результаты расчёта

Номер пучка

Удельная тепловая мощность, Вт/м2

Температура воздуха, °С

Коэффициент α1, м2 *°C/Вт

1

1249,064847

35

2624501

2

1145,31456

34,5

2596263,3

3

1046,435631

34,60277556

2598783,4

4

1082,888196

34,41510773

2598116,4

5

1119,935975

34,22090249

2597765,7

6

1149,871356

34,02005311

2597353,5

7

1159,054466

33,81383511

2596844,1

8

1158,950594

33,60597021

2596403,7

9

1162,743861

33,39812394

2596048,9

10

1167,376853

33,18959739

2595677,2

11

1167,559654

32,98023995

2595273,4

12

1164,469429

32,77084973

2594877,3

13

1160,415225

32,56201371

2594497,2

14

1156,08048

32,35390478

2594124

15

1151,741648

32,14657323

2593755,5

16

1147,666405

31,94001982

2593391,3

 

 

Продолжение таблицы 3

17

1144,113726

31,73419725

2593031,5

18

1141,333848

31,52901183

2592675,5

19

1139,568141

31,32432495

2592323

20

1139,048856

31,11995473

2591973,6

21

1139,998762

30,91567764

2591626,8

22

1142,630655

30,71123019

2591281,8

23

1147,146751

30,50631074

2590937,9

24

1153,737956

30,30058137

2590594,4

25

1162,583033

30,09366994

2590250,3

26

1173,847657

29,88517222

2589904,7

27

1187,683384

29,67465431

2589556,5

28

1204,226548

29,4616551

2589204,6

29

1223,597094

29,24568904

2588847,7

30

1245,897367

29,02624907

2588113,9

31

1271,210886

28,80280976

2587734,1

32

1299,601108

28,57483072

2587343,9

33

1331,110207

28,34176018

2586941,7

34

1365,757886

28,10303879

2586525,9

35

1403,540248

27,85810369

2586094,9

36

1444,428728

27,6063927

2585646,9

37

1488,36912

27,34734876

2585180,2

38

1535,280714

27,08042455

2584693

39

1585,055557

26,80508722

2584183,5

40

1637,55787

26,52082326

2583649,5

 

 

Продолжение таблицы 3

41

1637,558

26,22714

2583649

42

1692,624

25,92359

2583089

43

1750,06

25,60973

2582500

44

1809,647

25,28519

2581881

45

1871,135

24,94962

2581228

46

1934,246

24,60273

2580540

47

1998,678

24,24429

2579814

48

2064,101

23,87411

2579048

49

2130,162

23,49209

2578238

50

2196,483

23,09817

2577383

51

2262,67

22,69239

2576479

52

2328,308

22,27483

2575523

53

2392,97

21,84567

2574513

54

2456,217

21,40517

2573446

55

2517,602

20,95367

2572322

56

2576,676

20,49157

2571141

57

2632,992

20,01936

2569903

58

2686,109

19,53764

2568610

59

2735,597

19,04704

2567262

60

2781,044

18,54828

2565862

61

2822,057

18,04217

2564413

62

2858,274

17,52957

2562917

63

2889,363

17,01139

2561379

 

 

Продолжение таблицы 3.

64

2935,026764

16,48861075

2558189,8

65

2949,144555

15,96224287

2556548,5

66

2957,229784

15,43334311

2554882,5

67

2959,180639

14,90299334

2553197,4

68

2954,950643

14,3722937

2551498,6

69

2944,550028

13,84235268

2549791,7

70

2928,046174

13,3142769

2548082,4

71

2905,563064

12,78916092

2546376,3

72

2877,279734

12,26807706

2541330,5

73

2843,427703

11,75206554

2539689

74

2760,183937

10,73920396

2536482,5

75

2658,577314

9,75791517

2533385,8

76

2541,881544

8,814501571

2538072,6

77

2413,687131

7,31

2598783,4

 

 

В этих расчётах учитывалась поправка на влияние числа пучков труб по ходу газа. Этот коэффициент выбирался по данному рисунку 9 [7].

Рисунок 9 - График зависимости коэффициента  от числа пучков труб

 

По данным расчёта можно построить график зависимости температуры воздуха по мере хода в теплообменнике.

Рисунок 10 - Зависимость температуры воздуха от номера пучка труб

По оси абсцисс - порядковый номер пучка, по оси ординат - температура воздуха над этим пучком.

Для расчёта полной теплопередающей способности теплообменника, умножим сумму удельных тепловых мощностей пучков на площадь одного пучка, Вт:

 

                       (3.47)

 

3.3 Расчёт конденсатора

 

Исходными данными для данного расчёта являются:

 тепло, отдаваемое хладагентом воде,

температура воды на входе в теплообменник,

конечная температура воды на выходе из испарителя,

температура хладагента в теплообменнике,

-средняя теплоёмкость воды,

 средняя плотность воды,

средняя теплопроводность воды.

 

Остальные параметры выбираются по ходу расчёта из справочной литературы.

Предварительно примем  число ходов(пучков),  диаметр труб, ,  число труб в пучке. Способ расположения труб в пучке - шахматный. Размера поперечного сечения: a=b=0,3 м. Форма сечения - квадрат.

 

Определим расход воды, :

 

                        (3.48)

 

 

Определим скорость воды в теплообменнике, :

 

                                  (3.49)

 

где площадь поперечного сечения теплообменника.

 

Рассчитываем теплообмен от стенок труб к воде. Находим число Рейнольдса:

 

                        (3.50)

 

где динамическая вязкость воды при .

 

Режим движения - турбулентный. Рассчитываем число Прандтля:

 

                            (3.51)

Рассчитываем число Нуссельта:

 

                    (3.52)

 

где  расстояние между трубами в пучке,

 расстояние между пучками труб.

 

Рассчитываем коэффициент теплообмена для данного вида теплообмена, :

 

                         (3.53)

 

Рассчитываем теплообмен между внутренней стенкой трубы и хладагентом. Определяем расход хладагента через одну трубу, :

 

                            (3.54)

 

где удельная теплота конденсации хладагента,

 плотность жидкой фазы хладагента.

 

Находим скорость хладагента в трубе, :

 

                                  (3.55)

 

Рассчитываем удельный тепловой поток от пучка, :

 

                       (3.56)

 

Приблизительная температура на внутренней стенке трубы, :

 

                            (3.57)

 

Рассчитываем теплообмен от хладагента к внутренней стенке трубы. Находим число Рейнольдса при температуре хладагента:

 

                        (3.58)

 

где  динамическая вязкость жидкой фазы хладагента.

Рассчитываем число Прандтля:

 

                            (3.59)

 

где удельная теплоёмкость жидкой фазы хладагента;

теплопроводность жидкой фазы хладагента.

 

Рассчитываем число Нуссельта:

 

                  (3.60)

 

Рассчитываем коэффициент теплообмена для данного вида теплообмена, :

 

                   (3.61)

 

Рассчитываем удельный тепловой потом от первого пучка труб, :

 

              (3.62)

 

Аналогичным образом производим расчёт для остальных 42 пучков. Результаты расчёта сводим в таблицу.

Таблица 4 - Результаты расчёта

Номер пучка

Удельная тепловая мощность, Вт/м2

Температура воды, °С

Коэффициент αХА, м2 *°C/Вт

1

456570,0815

15

59390,41

2

394546,3344

16,54911

59583,34

3

395247,9533

17,88777

59679,8

4

390395,5735

19,22882

59787,45

5

385341,4701

20,5534

59887,22

6

379461,9105

21,86083

59981,68

7

371821,3464

23,14831

60072,68

8

363565,9685

24,40987

60160,42

Продолжение таблицы 4

9

355780,539

25,64342

60245,39

10

348203,0798

26,85056

60329,03

11

340445,6577

28,03198

60412,54

12

332620,5074

29,18709

60496,69

13

324903,0621

30,31564

60582,14

14

317341,004

31,41801

60669,1

15

309950,2434

32,49473

60757,59

16

302744,2666

33,54636

60847,59

17

295734,2966

34,57355

60939,05

18

288929,3823

35,57695

61031,91

19

282336,4347

36,55727

61126,09

20

275960,2216

37,51521

61221,5

21

269803,3403

38,45152

61318,04

22

263866,1823

39,36694

61415,63

23

258146,9078

40,26222

61514,05

24

252641,4465

41,13809

61612,71

25

247343,5387

41,99528

61710,98

26

242244,8301

42,8345

61808,36

27

237335,0283

43,65642

61904,37

28

232602,1248

44,46168

61998,67

29

228032,6794

45,25088

62090,93

30

223612,161

46,02457

62180,88

31

219325,3285

46,78327

62268,28

 

 

Продолжение таблицы 4

32

215156,6367

47,52743

62352,91

33

211090,6458

48,25744

62434,58

34

207112,4126

48,97365

62513,12

35

203207,8464

49,67636

62588,41

36

199364,0107

50,36583

62660,47

37

195569,3608

51,04226

62729,45

38

191813,9096

51,70581

62795,53

39

188089,3215

52,35662

62858,83

40

184388,9369

52,99479

62919,48

41

180707,7354

53,62041

62977,61

42

177042,2472

54,23354

63033,32

43

173390,4252

54,83423

63086,71

 

 

 

По данным расчёта можно построить график зависимости температуры воды по мере хода в теплообменнике.

Рисунок 11 - Зависимость температуры воды от номера пучка труб.

 

Для расчёта полной теплопередающей способности теплообменника, умножим сумму удельных тепловых мощностей пучков на площадь одного пучка, Вт:

 

                    (3.63)

 

 

3.4 Гидравлический расчёт холодильной машины

 

Исходные данные для данного расчёта:

Схема трубопровода - лист 2, приложение Д;

Gпр=0,00045 кг/с - расход хладагента на один процессора;

Gвозд= 8,822896 кг/с - расход хладагента на испаритель воздухоподготовки;

G= 13,504433 кг/с - расход хладагента на конденсатор;

Остальные расчёты выбираются по ходу расчёта из справочной литературы.

Принимаем диаметр капилляров до процессора dпр=4мм. На данном участке расход G=Gпр, диаметр трубопровода dпр.

Тогда скорость хладагента через капилляр определяется, м/с:

                                  (3.64)

 

Рассчитываем число Рейнольдса:

 

                          (3.65)

 

Определяем коэффициент гидравлического сопротивления по формуле Альштулля [10]:

 

                      (3.66)

 

 

 

Определяем линейную потерю давления, :

 

                                (3.67)

 

Определяем потери давления в местных сопротивлениях. На выбранном участке присутствует один поворот, для которого коэффициент местного сопротивления . Тогда потеря давления на местных сопротивлениях будет, Па:

 

 

Потеря давления на участке будет равна, Па:

 

где l - длина участка, для данного участка l=0,054 м.

Аналогичным образом рассчитываем остальные участки, результаты расчёта сводим в приложение А.

Выбираем трубопровод диаметром 22 мм для распределения хладагента между материнскими платами, трубопровод диаметром 54 мм для распределения хладагента межу шкафами, трубопровод диаметром 80 мм для магистрального участка.

Суммарные потери давления в этом случае составляют 43142,36 Па.

 

4 Безопасность труда

4.1 Возможные чрезвычайные ситуации

 

Чрезвычайная ситуация (ЧС) – это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей. К возможным чрезвычайным ситуациям на проектируемом объекте можно отнести пожар, который относиться к  высоковероятной чрезвычайной ситуации. Показатель опасности при пожаре – время, по истечении которого возникают критические ситуации для жизни людей.

Пожарная безопасность - это состояние объекта, при котором с установленной вероятностью исключается возможность возникновения и развития пожара (до такой степени, когда контроль уже невозможен) и воздействия на людей опасных факторов пожара, а также обеспечивается защита людей и материальных ценностей. При неправильном устройстве и эксплуатации установок систем вентиляции и кондиционирования воздуха, они могут стать причиной возникновения и распространения пожаров.                                                                                                         По воздуховодам могут перемещаться горючие вещества и смеси горючих газов, паров, пыли, которые при наличии теплового источника могут загораться или даже взрываться и тем самым распространять пожар по системе вентиляции и кондиционирования воздуха и далее по всему зданию. Большую опасность представляет пыль органического происхождения, которая в смеси с воздухом может привести к пожарам и взрывам. Нижний концентрационный предел взрываемости органической пыли в воздухе составляет 15-65 г/мЗ. При запыленности, значительно превышающей допустимую санитарными нормами, возможно загорание отложившейся пыли. Источником воспламенения при этом может быть искрение от электродвигателя, чрезмерный нагрев от трения вала вентилятора, искры от ударов лопаток вентилятора о кожух, статическое электричество, самовозгорание пыли и других источников возгорания. Пожарную опасность представляют воздуховоды, а также сам центральный кондиционер (воздухоохладители, фильтры, воздухонагреватели) и другие аппараты, в которых может скапливаться значительное количество пыли и горючих веществ.

Пожарная безопасность здания суперкомпьютера "Ломоносов" регламентируется СН 512-78 " Инструкция по проектированию зданий и помещений для электронно-вычислительных машин". Проверим выполнение требований, предъявленных в данном законодательном документе.

Пункт 3.27: Конструкции подвесного потолка должны разрабатываться с учетом возможности: размещения над подвесным потолком воздуховодов и воздухораспределителей, аппаратуры потолочных люминесцентных светильников, установок газового пожаротушения;  осмотра любого участка над подвесным потолком.  Сделаем вывод о том, что в помещение электронно-вычислительной машины установлен подвесной поток, который удовлетворяет требованиям. Пункт 3.34: В залах ЭВМ, помещениях архива, не имеющих оконных проемов в наружных стенах, для дымоудаления должны устанавливаться дымовые вытяжные шахты с ручным и автоматическим открыванием в случае пожара. Площадь поперечного сечения этих шахт должна составлять не менее 0,2% площади помещений. Конструкцию шахты следует предусматривать из несгораемых и трудносгораемых материалов. Расстояние от дымовой вытяжной шахты до наиболее удаленной точки помещения не должно превышать 20 м. Сделаем вывод о том, что в помещение электронно-вычислительной машины присутствуют оконные проёмы, поэтому установка дымовых вытяжных шахт не требуется. Пункт 3.37: Автоматические установки объемного газового пожаротушения следует предусматривать:  в залах для размещения МВК, ЭВМ и ВК ЕС общего назначения и аналогичных систем, в том числе при делении этих залов на функциональные зоны (центральных устройств, внешних запоминающих устройств, устройств ввода - вывода);  в залах для размещениях трех и более комплексов малых ЭВМ;  в подпольных пространствах перечисленных выше залов и зон;  в помещениях связных процессоров и телекоммуникационных узлов сетей ЭВМ;  в помещениях архивов магнитных и бумажных носителей, графопостроителей, сервисной аппаратуры, системных программистов, систем подготовки данных для МВК, ЭВМ и ВК ЕС, а также в указанных помещениях для трех и более комплексов малых ЭВМ. Необходимость защиты автоматическими установками газового пожаротушения помещений для размещения малых ЭВМ, работающих в системах управления сложными технологическими процессами , а также технологического оборудования с применением малых ЭВМ и микро ЭВМ устанавливается заданием на проектирование, ведомственными нормами технологического проектирования и технической документацией на изготовление этого оборудования. В помещениях ЭВМ с круглосуточным дежурством персонала устройство автоматического пуска стационарных установок газового пожаротушения не требуется. В связи с тем, что рассматриваемое помещение попадает в классификацию в пункте 3.37, следовательно, монтаж автоматической установки объемного газового пожаротушения необходим. Также, в помещение не производится круглосуточное дежурство персонала, сделаем вывод о том, что необходимо устройство автоматического пуска стационарных установок газового пожаротушения. Автоматическая установка объемного газового пожаротушения и устройство автоматического пуска стационарных установок газового пожаротушения смонтированы и готовы к работе, поэтому требования пункта 3.37 соблюдены.

Пункт 3.39: Станция установок газового пожаротушения, как правило, должна размещаться в одном здании с помещениями ЭВМ на расстоянии не более 150 м от помещений, указанных в п. 3.37 настоящей Инструкции. В соответствие с планом помещения электронно-вычислительного устройства, станция установок газового пожаротушения размещается в одном помещении с электронно-вычислительным устройством на среднем расстоянии 40 метров до электронно-вычислительного устройства. Сделаем вывод о том, что требования в пункте 3.39 соблюдены.

Пункт 3.40: Площадь станции установок газового пожаротушения следует определять в соответствие с таблицей 5.

 

Таблица 5 - Площадь станции установок газового пожаротушения

 

Объем наибольшего помещения, м

Количество помещений

до 100

св. 100 до 500

св. 500 до 1000

св. 1000 до 2000

св. 2000 до 3000

св. 3000 до 5000

 

Площадь, м

 

4

8

12

16

20

24

30

 

16

20

24

28

32

36

40

 

20

24

28

32

36

40

44

 

24

28

32

36

40

44

48

 

32

36

40

44

48

52

56

 

40

44

48

52

56

60

64

 

60

64

68

72

76

80

84

 

Рассчитаем объем, занимаемый электронно-вычислительной машиной. Для это площадь, занимаемую электронно-вычислительной машиной, умножим на высоту любого из блоков электронно-вычислительной машины.

Площадь, занимаемую электронно-вычислительной машиной, возьмём из плана помещения электронно-вычислительной машины. Тогда объем, занимаемый электронно-вычислительной машиной, будет равен, :

 

                                       (4.1)

 

По данным таблицы 1, потребная площадь станции установок газового пожаротушения равна 32 м2. Существующая станция установок газового пожаротушения занимает 37 м2. На основании этого, сделаем вывод о том, что требования пункта 3.40 выполнены. Пункт 3.41: Включение установок автоматического пожаротушения должно осуществляться автоматически от извещателей, реагирующих на появление дыма. В подпольных пространствах залов ЭВМ в зависимости от технологических и конструктивных особенностей допускается применение извещателей, реагирующих на повышение температуры. В помещении электронно-вычислительной машины установлена система извещателей, реагирующих на появление дыма, также существует дублирующая система, реагирующая на повышение температуры. На основании этого сделаем вывод о том, что требования пункта 3.41 соблюдены.Кроме того, необходимость в установке автоматического пожаротушения регламентируется СП 5.13130.2009, Приложение А(обязательное), Таблица А3, пункт 35.1 .

 

 

4.2 Расчёт освещения

 

В связи с тем, что объект нуждается в обслуживании в случае выхода из строя одного или нескольких узлов, а также по причине аварийной ситуации, то обслуживающему персоналу на время ликвидации неисправности или аварийной ситуации, то обслуживающему персоналу потребуется освещение для нормальной работы.

Степень освещенности естественным светом внутри помещения зависит от времени дня и года, состояния погоды, а также месторасположение и плани­ровки здания, ориентации здания, ориентации окон, числа и величины оконных проемов. Помещение имеет двадцать одно окно высотой 2 м и шириной 3 м каждое.

Целью расчета естественного освещения является определение площади световых проемов, то есть количества и геометрических размеров окон, обеспе­чивающих нормированное значение коэффициента естественного освещения (КЕО).

Нормированное значение коэффициента естественной освещенности для здания, расположенного на территории области, вы­числяем по формуле:

              

(4.2)

 

где  е - нормированное значение коэффициента естественной освещенности;

N - номер группы административно-территориального района по обеспе­ченности естественным светом;

m - коэффициент светового климата, который находится в зависимости от вида световых проемов, их ориентации по сторонам горизонта и номера группы администра­тивного района (СНиП 23-05-95).

Согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03, для помещений ЭВМ при боковом освещении нормированное значение КЕО составляет 1,5 %. область по ресурсам свето­вого климата относится ко 2 группе. Следовательно, принимаем N равным  2. Свето­вые проемы ориентированы на юго-запад - принимаем для расчета mN = 0,85.

 

Таким образом, по формуле (4.2) рассчитываем eн, получаем:

При определении достаточности естественного освещения для правильной расстановки оборудования и раз­мещения рабочих мест необходимо рассчитать площадь остекления световых проемов.

Рассчитаем требуемую площадь оконных проемов:

 

 

            

(4.3)

где  Sn - площадь пола помещения, м2;

eн - уточненное значение коэффициента естественной освещенности, %;

К3 - коэффициент запаса, учитывающий загрязнение светопропускающего материала светового проема, зависит от типа помещения и от расположения стекол (принимается в пределах от 1,2 до 2,0). Для помещений общественных и жилых зданий  с нормальными условиями среды к3 = 1,2;

Кзд — коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зда­ниями;

η0 - световая характеристика окон;

τ0 - общий коэффициент светопропускания;

r1 – коэффициент, учитывающий влияние отраженного света.

Площадь пола помещения:

 

               

(4.4)

 

где L – длина помещения;

B –глубина помещения ;

 

 

Общий коэффициент светопропускания:

 

                 

(4.5)

где τ1 - коэффициент светопропускания материала (для различных   типов стекла принимается в пределах от 0,65 до 0,9);

τ2 -     коэффициент, учитывающий потери света в пределах окна (в зависимо­сти от вида переплета принимается в пределах от 0,5 до 0,9);

т3 -      коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях (от 0,8 до 0,9);

τ4 -  коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройст­вах.

Для окон с двойными рамами коэффициент светопропускания τ 1 = 0,8.

Для деревянных спаренных оконных рам τ 2 = 0,7.

При боковом освеще­нии τ 3 = 1.

Для убирающиеся регулируемых жалюзи и штор τ4=1,0.

Таким образом, произведя расчёт по формуле (4.5), получим:

 

 

Исходя из соотношения раз­меров помещения и окон, световая характеристика окон η0 — 17. Коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями, при отношении рас­стояния между рассматриваемым и противостоящим зданием к высоте располо­жения карниза противостоящего здания над подоконником рассматриваемого здания более 3 м, составляет Кзд = 1. Коэффициент, учитывающий влияние отраженного света в данном помещении при коэффициентах отражения для потолка рп = 0,7; для стен рс = 0,7; для пола рр = 0,6; со­ставляет — 6,28.

 

Таким образом требуемая площадь световых проемов, по формуле (4.3):

 

 

Фактическая площадь световых проемов находится по формуле:

 

 

 

(4.6)

 

где Lo – ширина оконного проема;

ho – высота оконного проема.

 

 

 

Фактическая площадь световых проемов  оказалась больше рассчитанной требуемой площади оконных поемов Sо =114,02м2. Таким обра­зом, в кабинете в светлое время суток не требуется применять искусственное ос­вещение.

Согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персо­нальным электронно-вычислительным машинам и организации работы» поме­щения для эксплуатации ЭВМ должны иметь естественное и искусственное ос­вещение. Рассчитаем, достаточное ли искусственное освещение помещения ЭВМ в темное время суток..

Для освещения используются люминесцентные лампы, которые по сравнению с лампами накаливания имеют ряд существенных преимуществ (СНиП 23-05-95):

-    по спектральному составу света они близки к дневному, естественному свету;   

  • обладают более высоким КПД (в два раза выше, чем КПД ламп нака­ливания);
  • обладают повышенной светоотдачей (в три раза выше, чем у ламп на­каливания);
  • более длительным сроком службы.

Произведем расчет искусственного освещения. Воспользуемся методом коэффициента использования светового потока. Определим свето­вой поток одной лампы, Фл, Лк, падающий на поверхность по формуле:

 

 

(4.7)

 

где Ен -  нормированная минимальная освещенность, Лк;

S- площадь освещаемого помещения, м2;

z – коэффициент неравномерности освещения;

к3 - коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности из-за за­грязнения и старения лампы;

N — число светильников;

п - число ламп в светильнике;

и - коэффициент использования светового потока.

Для помещений ЭВМ при общем равномерном искусственном освещении минимальная освещенность составляет согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1:1278-03 Ен — 500 Лк, площадь кабинета составляет 1512 м2. Коэффициент неравномерности освещения (z) зависит от светораспределения светильников и их расположения в пространстве. Он учитывает, что в реальных условиях неизбежна некоторая неравномерность освещения по­верхности. Значение коэффициента колеблется от 1 до 1,5. При расположении светильников, близком к наивыгоднейшему, его можно принять от 1,1 до 1,2. Возьмем z = 1,1.

Коэффициент запаса к3 учитывает снижение освещенности из-за загряз­нения и старения лампы, в нашем случае освещение люминесцентными лампами для кабинета к3 = 1,5.

В помещении ЭВМ используются светильники люминесцентные потолочные для общественных зданий (ЛПО) с двумя лампами (n = 2) в количестве N = 180 штук.

Для определения коэффициента использования светового потока нахо­дится индекс помещения i и предположительно оцениваются коэффициенты от­ражения поверхностей помещения: потолка - рп, стен - рс, расчетной поверхно­сти или пола - pp. Индекс находится по формуле:

 

 

 

(4.8)

 

где B - ширина помещения, м;

L - длина помещения, м;

hр- высота светильников над рабочей поверхностью,  м.

Кабинет имеет ширину 5,5 м, длину 6,3 м и высота светильников над рабочей поверхностью 2,7 м. Подставив значения в формулу (4.7) получим:

 

 

Исходя из того, что коэффициент отражения потолка рп = 0,7, стен рс = 0,7, пола рр= 0,6 и зная индекс помещения, который равен 5,49, находим табличное значение коэффициента использования светового потока и для све­тильника типа М, он равен 0,95.

Подставим все значения в формулу (4.6), определим световой поток Ф :

 

Определим световой поток лампы Фл, лм, по формуле:

 

 

(4.9)

                                                                                      

 

 

Подсчитав световой поток лампы Фл = 3647,638 лм, подбираем подходящую стандартную лампу. В данном случае используем лампу типа ЛД80-7, световой поток которой равен РЛД80-7 =4250  Лм.

Уточним значение светового потока с учетом выбранного типа ламп:

 

 

(4.10)

 

 

 

Определим отклонение уточненного светового потока от расчетного по формуле:

 

 

 

Допустимое отклонение светового потока составляет от  -10  до  +20%. Т.к. F = 14,17% , значит, тип лампы выбран правильно.


5 Расчет технико-экономических показателей

 

 

В экономической части проекта  проведем расчет себестоимости горячей воды в сравнении со стоимостью горячей воды, полученной разрабатываемым методом,  в соответствии с их экономическим содержанием по следующим элементам: материальные затраты, амортизация основных средств, затраты на заработную плату и прочие затраты, себестоимость отпущенной горячей воды.

 

5.1 Определение капитальных вложений

 

Капитальные затраты определяются сметой, в состав которой входят:

1) Отпускная цена изделий по прайс-листу фирмы-изготовителя.

2) Затраты на перевозку – 7% и монтажные работы (далее монтаж) - 15% от капитальных вложений в оборудование.

3) Затраты на пусконаладочные работы в размере 10% от стоимости приточно-вытяжной установки.

4) Прочие (непредвиденные) расходы – 5% от капитальных вложений в оборудование.

В итоге получается сумма капитальных вложений (таблица 6).

 

 

Таблица 6 – Расчет капитальных вложений

 

Наименование оборудования

Ед. изм.

Кол-во, n

Цена единицы, руб.

Общая стоимость, руб.

1

2

3

4

5

6

1

Испаритель для процессора

шт.

10400

50

520000

2

Испаритель системы воздухоподготовки

шт.

2

2150000

4300000

3

Конденсатор

шт.

2

3235000

6470000

4

Трубопровод медный диам 54

м

400

328,76

131504,8

5

Резервный воздушный конденсатор

шт.

2

4165000

8330000

 

Монтаж

%

15

 

2926725,72

 

Перевозка

%

7

 

1382605,33

 

Пусконаладочные работы

%

10

 

1975150,48

 

Прочие расходы

%

5

 

987 575,24

 

Итого

 

 

 

27 059 561,57

 

 

5.2 Материальные затраты при использовании холодильной установки

 

По статье «Электроэнергия» определяются расходы на электроэнергию на собственные нужды холодильной установки (привод компрессоров, насосов и т. д.).

Определим годовые затраты на электроэнергию, руб/год:

 

  , (5.1)

 

где  — годовой расход электроэнергии на собственные нужды котельной, принимается 8283870 кВт-ч/год; Цэ — цена (тариф) одного киловатт-часа; принимается по прейскуранту 2,90руб./кВт-ч.

 

По статье «вода» определяется стоимость сырой воды, расхо­дуемой на охлаждение хладагента, наполнение и подпитку теплопотреб­ляющих систем,  горячее водоснабжение.                                 

Определим годовые затраты на использованную воду, руб/год:

 

 ,   (5.2)

 

где  — годовой расход сырой воды, т/год; Цв— цена за 1 т сырой воды, принимается по прейскуранту 15,89 руб/т.

 

5.3 Амортизация основных средств при использовании холодильной установки

 

По статье «амортизация» определяется размер амортизацион­ных отчислений по проектируемой котельной. Исходным материа­лом для определения затрат по данной статье является размер капиталовложений в строительство холодильной установки и действующие нормы амортизации. Наиболее точным способом определения капитальных затрат является сметно-финансовый расчет. Однако трудность такого способа значительна даже при некоторых его упрощениях. Другим способом определения капиталовложений, который широко применяется при расчете амортизационных отчислений, является осреднение стоимости строительства на основе показателей удельных капиталовложений в сооружение холодильной установки.

Определим годовые затраты на амортизационные отчисления:

 

руб/год;                              (5.3)

 

 

где  — средняя норма амортизации общестроительных работ и зданий, ориентировочно может быть принята равной 3 %;  — норма амортизации оборудования с монтажом, прини­мается равной 7,5 %; - стоимость общестроительных работ и зданий, прини­мается 0 руб.; –стоимость с монтажом, принимается 27 059 561,57 руб.

 

В статью «текущий ремонт» включаются расходы на текущий ремонт основных фондов холодильной установки (оборудование, хо­зяйственный инвентарь и инструмент). Сюда также относится основная и дополнительная заработная плата с начислениями ремонтного персонала, стоимость ремонтных материалов и ис­пользованных запасных частей, стоимость услуг сторонних орга­низаций и своих вспомогательных производств и пр. В проектных расчетах затраты на текущий ремонт холодильных установок в среднем принимаются в размере 20 % амортизационных отчи­слений, т. е, руб/год:

 

.           (5.4)

По статье «заработная плата с начислениями» подсчитывается основная и дополнительная заработная плата с начислениями только эксплуатационного персонала, участвующего в эксплуатации холодильной установки в соответствии с нор­мами  обслуживания. Заработная плата ремонтного персонала учитывается в амор­тизационных отчислениях (по капитальному ремонту) и в расхо­дах по текущему ремонту, а заработная плата административно-управленческого персонала — в прочих суммарных расходах.

Годовая заработная плата, руб/год:

 

,  (5.5)

 

где - средняя месячная тарифная ставка;

 - средние тарифные коэффициенты по категориям работников;

 - средние коэффициенты, учитывающие стимулирующие виды доплат;

 - районный коэффициент = 1,15 (5).

 

Расходы годовых эксплуатационных издержек ориентиро­вочно (руб/год) определяются по формуле, руб/год:

 

, (5.6)

 

где Ч=4 чел. - численность эксплуатационного персонала холодильной установки; = руб/год - годовая заработная одного работника.

 

Годовые отчисления на социальные нужды эксплуатационного персонала холодильной установки, руб/год:

 

руб/год, (5.7)

 

где  - отчисления на социальные нужды.

Статья «прочие суммарные расходы» включает в себя затраты на охрану труда, технику безопасности, пожарную и сторожевую охрану, административно-управленческий персонал, приобретение спецодежды и другие неучтенные расходы. В проектных расчетах прочие суммарные расходы принима­ются в среднем для холодильных установок в размере 15 % затрат на аморти­зацию, текущий ремонт и заработную плату (руб/год) и подсчи­тываются по формуле:

 

                      (5.8)

 

 

/год.

 

Годовые эксплуатационные расходы по холодильной установке определяются как сумма рассмотренных выше статей (руб/год):

 

;               (5.9)

   руб/год.

 

5.4 Себестоимость отпущенной горячей воды

 

Себестоимость отпущенной горячей воды определяется:

 

 руб/т,              (5.10)

 

Полученная выручка от продажи горячей воды:

 

 руб./год   (6.24)

 

 

 

Полученная прибыль от продажи горячей воды:

 

руб./год                                   (5.11)

 

Окупаемость холодильной установки:

 

 года, что   (5.12)

составляет 4 месяца и 10 дней.

 

 

Таблица 7 - Технико-экономические показатели холодильной установки

Наименование показателей,  единицы  измерения

Значение

1.1  Капиталовложения в холодильную установку, руб.

27059561,57

1.2  Ежегодные эксплуатационные затраты:

 

Всего, руб.

139022487,17

В том числе:

 

- затраты на амортизацию, руб.

2029467,11

- затраты на текущий ремонт оборудования, руб.

405893,42

- фонд оплаты труда обслуживающего персонала, руб.

1490400

- отчисления на социальные нужды, руб.

509719,8

- прочие расходы, руб.

665321,59

1.3 Прибыль за счет продажи горячей воды, руб.

74904227,308

1.4 Срок окупаемости, лет

0,36

 

Заключение

 

В связи с быстрым наращиванием плотности вычислений, вычислительные машины стали гораздо шире использоваться во всех сферах человеческой деятельности, начиная от средств обмена информацией и заканчивая обработкой информации. Любой точный расчёт, будь то расчёт в проектных целях или научных, невозможен без средств вычислительной техники. Однако вместе с наращиванием вычислительной мощности, в связи с явлением токов утечки, стала увеличиваться плотность теплового потока, излучаемая элементами вычислителя в процессе их работы. Встала задача эффективного отвода выделяемого тепла путём рассеивания его в окружающее пространство и поддержания температуры элементов вычислительной техники в заданном диапазоне температур. Крупные вычислительные системы, являющие собой совместно множество работающих вычислительных машин, выделяют в сумме сравнительно большое количество тепла. В настоящей работе предложена система охлаждения вычислительной системы, передающая тепло холодной воде для получения горячей воды, которой будут обеспечиваться потребители горячей воды. Получены следующие результаты: 1)произведено обследование здания, предложена схема системы   охлаждения с учётом особенностей холодопотребителя; 2) произведён расчёт теплообменника нового типа для охлаждения процессора с учётом геометрических размеров теплообменивающихся поверхностей; 3) произведён расчёт испарителя системы воздухоподготовки с учётом потребного расхода воздуха и заданной скорости воздуха на выходе из теплообменника, а также с учётом отвода конденсирующейся из воздуха влаги; 4) произведён расчёт конденсатора системы охлаждения с учётом потребного расхода горячей воды и требуемой температуры горячей воды по СНиП; 5)произведён гидравлический расчёт системы охлаждения, подобраны диаметры трубопроводов на участках


 

Список использованных источников

 

  1. www.toporg , дата обращения: 16.05.2012
  2. msu.su, дата обращения:  22.04.2012
  3. www.parallel.ru, дата обращения: 04.2012
  4. www.techmars.com, дата обращения: 04.2012
  5. wikimedia.org, дата обращения: 22.04.2012
  6. overclockers.ru, дата обращения: 22.04.2012
  7. Цветков Ф.Ф. Задачник по тепломассообмену. Учебное пособие. - 2-е изд., исправ. и доп. - М.: Издательский дом МЭИ, 2008г.
  8. manual.ru, дата обращения 10.05.2012
  9. Кириченко Д.В. Гидравлический расчёт трубопроводов. 2003г
  10. Белова Е.М. Системы кондиционирования воздуха с чиллерами и фенкойлами. 2003г. 400с.
  11. СН 512-78 " Инструкция по проектированию зданий и помещений для электронно-вычислительных машин"
  12. СП 5.13130.2009
  13. СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение"
  14. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 "Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещённому освещению"
  15. ГОСТ 859-2001 "Медь.Марки"
  16. ГОСТ 26645-85 "Отливки из металлов и сплавов"
  17. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. Учебник для вузов. – 7-е изд., стереот. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472с.: ил.
  18. Зотов Б.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве: Учебник для студентов вузов, переработанное и дополненное. - М.: Колос, 2003.- 432 с. : ил..- (Учебники и учебные пособия для студентов высших уч. заведений)
  19. Самсонов В.С. Экономика предприятий энергетического комплекса: Учеб.для вузов/ В.С. Самсонов, М.А. Вяткин – 2-е изд. – М.: «Высшая школа» - 2003 – 416с.
  20. Экономика энергетики: учебное пособие для вузов/ Н.Д. Рогалев, А.Г. Зубкова, И.В. Мастерова и др.; под ред. Н.Д. Рогалева. – М.: Издательство МЭИ – 2005. 288с.

 

Приложение А

(обязательное)

Результаты гидравлического расчёта

Зависимость скорости течения хладагента от диаметра трубопровода и номера участка (по шкафу)

 

Номер участка

183

184

185

186

187

188

189

190

Диаметр трубопровода, мм

6

0,0533

0,1067

0,16

0,2134

0,2667

0,3201

0,3734

0,4268

8

0,03

0,06

0,09

0,12

0,15

0,18

0,2101

0,2401

10

0,0192

0,0384

0,0576

0,0768

0,096

0,1152

0,1344

0,1536

12

0,0133

0,0267

0,04

0,0533

0,0667

0,08

0,0934

0,1067

14

0,0098

0,0196

0,0294

0,0392

0,049

0,0588

0,0686

0,0784

15

0,0085

0,0171

0,0256

0,0341

0,0427

0,0512

0,0597

0,0683

16

0,0075

0,015

0,0225

0,03

0,0375

0,045

0,0525

0,06

18

0,0059

0,0119

0,0178

0,0237

0,0296

0,0356

0,0415

0,0474

22

0,004

0,0079

0,0119

0,0159

0,0198

0,0238

0,0278

0,0317

25

0,0031

0,0061

0,0092

0,0123

0,0154

0,0184

0,0215

0,0246

28

0,0024

0,0049

0,0073

0,0098

0,0122

0,0147

0,0171

0,0196

35

0,0016

0,0031

0,0047

0,0063

0,0078

0,0094

0,011

0,0125

40

0,0012

0,0024

0,0036

0,0048

0,006

0,0072

0,0084

0,0096

42

0,0011

0,0022

0,0033

0,0044

0,0054

0,0065

0,0076

0,0087

54

0,0007

0,0013

0,002

0,0026

0,0033

0,004

0,0046

0,0053

64

0,0005

0,0009

0,0014

0,0019

0,0023

0,0028

0,0033

0,0038

66,7

0,0004

0,0009

0,0013

0,0017

0,0022

0,0026

0,003

0,0035

70

0,0004

0,0008

0,0012

0,0016

0,002

0,0024

0,0027

0,0031

76,1

0,0003

0,0007

0,001

0,0013

0,0017

0,002

0,0023

0,0027

80

0,0003

0,0006

0,0009

0,0012

0,0015

0,0018

0,0021

0,0024

88,9

0,0002

0,0005

0,0007

0,001

0,0012

0,0015

0,0017

0,0019

108

0,0002

0,0003

0,0005

0,0007

0,0008

0,001

0,0012

0,0013

133

0,0001

0,0002

0,0003

0,0004

0,0005

0,0007

0,0008

0,0009

159

8E-05

0,0002

0,0002

0,0003

0,0004

0,0005

0,0005

0,0006

219

4E-05

8E-05

0,0001

0,0002

0,0002

0,0002

0,0003

0,0003

267

3E-05

5E-05

8E-05

0,0001

0,0001

0,0002

0,0002

0,0002

 

 

 

Продолжение приложения А

 

Номер участка

191

192

193

194

195

196

197

198

Диаметр трубопровода, мм

6

0,4801

0,5335

0,5868

0,6402

0,6935

0,7469

0,8002

0,8535

8

0,2701

0,3001

0,3301

0,3601

0,3901

0,4201

0,4501

0,4801

10

0,1728

0,192

0,2113

0,2305

0,2497

0,2689

0,2881

0,3073

12

0,12

0,1334

0,1467

0,16

0,1734

0,1867

0,2

0,2134

14

0,0882

0,098

0,1078

0,1176

0,1274

0,1372

0,147

0,1568

15

0,0768

0,0854

0,0939

0,1024

0,111

0,1195

0,128

0,1366

16

0,0675

0,075

0,0825

0,09

0,0975

0,105

0,1125

0,12

18

0,0533

0,0593

0,0652

0,0711

0,0771

0,083

0,0889

0,0948

22

0,0357

0,0397

0,0436

0,0476

0,0516

0,0556

0,0595

0,0635

25

0,0277

0,0307

0,0338

0,0369

0,0399

0,043

0,0461

0,0492

28

0,022

0,0245

0,0269

0,0294

0,0318

0,0343

0,0367

0,0392

35

0,0141

0,0157

0,0172

0,0188

0,0204

0,0219

0,0235

0,0251

40

0,0108

0,012

0,0132

0,0144

0,0156

0,0168

0,018

0,0192

42

0,0098

0,0109

0,012

0,0131

0,0142

0,0152

0,0163

0,0174

54

0,0059

0,0066

0,0072

0,0079

0,0086

0,0092

0,0099

0,0105

64

0,0042

0,0047

0,0052

0,0056

0,0061

0,0066

0,007

0,0075

66,7

0,0039

0,0043

0,0047

0,0052

0,0056

0,006

0,0065

0,0069

70

0,0035

0,0039

0,0043

0,0047

0,0051

0,0055

0,0059

0,0063

76,1

0,003

0,0033

0,0036

0,004

0,0043

0,0046

0,005

0,0053

80

0,0027

0,003

0,0033

0,0036

0,0039

0,0042

0,0045

0,0048

88,9

0,0022

0,0024

0,0027

0,0029

0,0032

0,0034

0,0036

0,0039

108

0,0015

0,0016

0,0018

0,002

0,0021

0,0023

0,0025

0,0026

133

0,001

0,0011

0,0012

0,0013

0,0014

0,0015

0,0016

0,0017

159

0,0007

0,0008

0,0008

0,0009

0,001

0,0011

0,0011

0,0012

219

0,0004

0,0004

0,0004

0,0005

0,0005

0,0006

0,0006

0,0006

267

0,0002

0,0003

0,0003

0,0003

0,0004

0,0004

0,0004

0,0004

 

 

 

Продолжение приложения А

 

Номер участка

199

200

201

201

202

203

204

205

Диаметр трубопровода, мм

6

0,9069

0,9602

1,0136

1,0669

1,1203

1,1736

1,227

1,2803

8

0,5101

0,5401

0,5701

0,6001

0,6302

0,6602

0,6902

0,7202

10

0,3265

0,3457

0,3649

0,3841

0,4033

0,4225

0,4417

0,4609

12

0,2267

0,2401

0,2534

0,2667

0,2801

0,2934

0,3067

0,3201

14

0,1666

0,1764

0,1862

0,196

0,2058

0,2156

0,2254

0,2352

15

0,1451

0,1536

0,1622

0,1707

0,1792

0,1878

0,1963

0,2049

16

0,1275

0,135

0,1425

0,15

0,1575

0,165

0,1725

0,18

18

0,1008

0,1067

0,1126

0,1185

0,1245

0,1304

0,1363

0,1423

22

0,0675

0,0714

0,0754

0,0794

0,0833

0,0873

0,0913

0,0952

25

0,0522

0,0553

0,0584

0,0615

0,0645

0,0676

0,0707

0,0737

28

0,0416

0,0441

0,0465

0,049

0,0514

0,0539

0,0563

0,0588

35

0,0267

0,0282

0,0298

0,0314

0,0329

0,0345

0,0361

0,0376

40

0,0204

0,0216

0,0228

0,024

0,0252

0,0264

0,0276

0,0288

42

0,0185

0,0196

0,0207

0,0218

0,0229

0,024

0,025

0,0261

54

0,0112

0,0119

0,0125

0,0132

0,0138

0,0145

0,0151

0,0158

64

0,008

0,0084

0,0089

0,0094

0,0098

0,0103

0,0108

0,0113

66,7

0,0073

0,0078

0,0082

0,0086

0,0091

0,0095

0,0099

0,0104

70

0,0067

0,0071

0,0074

0,0078

0,0082

0,0086

0,009

0,0094

76,1

0,0056

0,006

0,0063

0,0066

0,007

0,0073

0,0076

0,008

80

0,0051

0,0054

0,0057

0,006

0,0063

0,0066

0,0069

0,0072

88,9

0,0041

0,0044

0,0046

0,0049

0,0051

0,0053

0,0056

0,0058

108

0,0028

0,003

0,0031

0,0033

0,0035

0,0036

0,0038

0,004

133

0,0018

0,002

0,0021

0,0022

0,0023

0,0024

0,0025

0,0026

159

0,0013

0,0014

0,0014

0,0015

0,0016

0,0017

0,0017

0,0018

219

0,0007

0,0007

0,0008

0,0008

0,0008

0,0009

0,0009

0,001

267

0,0005

0,0005

0,0005

0,0005

0,0006

0,0006

0,0006

0,0006

 

 

 

Продолжение приложения А

 

Номер участка

206

207

207

Диаметр трубопровода, мм

6

1,3337

1,387

1,4404

8

0,7502

0,7802

0,8102

10

0,4801

0,4993

0,5185

12

0,3334

0,3468

0,3601

14

0,245

0,2548

0,2646

15

0,2134

0,2219

0,2305

16

0,1875

0,195

0,2026

18

0,1482

0,1541

0,16

22

0,0992

0,1032

0,1071

25

0,0768

0,0799

0,083

28

0,0612

0,0637

0,0661

35

0,0392

0,0408

0,0423

40

0,03

0,0312

0,0324

42

0,0272

0,0283

0,0294

54

0,0165

0,0171

0,0178

64

0,0117

0,0122

0,0127

66,7

0,0108

0,0112

0,0117

70

0,0098

0,0102

0,0106

76,1

0,0083

0,0086

0,009

80

0,0075

0,0078

0,0081

88,9

0,0061

0,0063

0,0066

108

0,0041

0,0043

0,0044

133

0,0027

0,0028

0,0029

159

0,0019

0,002

0,0021

219

0,001

0,001

0,0011

267

0,0007

0,0007

0,0007

 

 

 

Продолжение приложения А

Сводный график скорости хладагента

 

 

Продолжение приложения А

Сводный график потерь давления

 

 

Продолжение приложения А

Сводный график скорости хладагента на участке шкафов

 

Продолжение приложения А

Сводный график потерь давления на участке шкафов

 

 

Продолжение приложения А

Сводный график скорости хладагента на магистральном участке

 

 

Продолжение приложения А

Сводный график потерь давления на магистральном участке

 

Чертежи:

 

 

 

 

 

 

 

 

Скачать:  У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Категория: Дипломные работы / Дипломные работы по компьютерам

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.