Раздел 1. ТЕПЛОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК

Несмотря на значительное разнообразие тепловой нагрузки, её можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: сезонная и круглогодичная.

Изменения сезонной нагрузкизависят главным образом от климатических условий: температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра, солнечного излучения, влажности воздуха и др. Основную роль играет наружная температура. Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой график нагрузки.

К сезонной тепловой нагрузке относятся отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Отопление и вентиляция (ОВ) являются зимними тепловыми нагрузками. Для кондиционирования воздуха в летний период требуется искусственный холод.

К круглогодичной нагрузкеотносятся технология и ГВС. Исключением являются только некоторые отрасли промышленности, главным образом связанные с переработкой сельскохозяйственного сырья (например, сахарная), работа которых имеет сезонный характер.

График технологической нагрузки зависит от профиля производственных предприятий и режима их работы, а график нагрузки ГВС – от благоустройства жилых и общественных зданий, состава населения и распорядка его рабочего дня, а также от режима работы коммунальных предприятий (бань, прачечных и др.).

Технологическая нагрузка и ГВС в отличие от сезонной нагрузки весьма слабо зависят от наружной температуры. Эти нагрузки имеют переменный суточный график. Годовые графики этих нагрузок также в определенной мере зависят от времени года. Как правило, летние нагрузки ниже зимних вследствие более высокой температуры перерабатываемого сырья и водопроводной воды, а также благодаря меньшим теплопотерям в теплосетях и производственных трубопроводах.

Одна из первоочередных задач при проектировании и разработке режима эксплуатации систем централизованного теплоснабжения заключается в определении значения и характера тепловых нагрузок.

Сезонная нагрузка

Основная задача отопления заключается в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком.

Условие теплового равновесия здания может быть выражено в виде равенства

Q = Q_т + Q_и = Q_о + Qтв = Qт (1 +µ), (1.1)

где Q - суммарные теплопотери здания; Q_т - теплопотери теплопередачей через наружные ограждения; Q_и - теплопотери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха; Q_о - подвод теплоты в здание через отопительную систему; Qтв - внутренние тепловыделения; µ = Q_и /Q_т - коэффициент инфильтрации.

Источником внутренних тепловыделений Qтв в жилых зданиях являются обычно люди, приборы для приготовления пищи, осветительные приборы. Эти тепловыделения носят в значительной мере случайный характер и не поддаются никакому регулированию по времени, кроме того они не распределяются равномерно по зданию: в помещениях с большой плотностью – относительно велики, с малой – незначительны.

Для обеспечения в жилых районах нормального температурного режима обычно устанавливают гидравлический и температурный режим теплосети по наиболее невыгодным условиям, т.е. по режиму отопления помещений с нулевыми внутренними тепловыделениями, т.е. Q тв= 0.

Источником внутренних тепловыделений в промышленных зданиях являются различного рода тепловые и силовые установки и механизмы (печи, сушила, двигатели и др.). Эти тепловыделения довольно устойчивы и нередко представляют существенную долю расчетной отопительной нагрузки, поэтому они должны учитываться при разработке режима теплоснабжения промышленных районов.

Теплопотери теплопередачей через наружные ограждения в Дж/с могут быть определены расчетным путем по формуле

Qт =∑ k F t, (1.2)

где k – коэффициент теплопередачи наружных ограждений, Вт/(м²·К), F – площадь поверхности отдельных наружных ограждений, м², t – разность температур воздуха с внутренней и наружной стороны ограждающих конструкций, °С.

На практике теплопотери теплопередачей определяются по следующей формуле

Q_т = q_о V ( t_в - t_н ) (1.3)

где q_о - удельная теплопотеря здания, Вт/(м³·К), V - объем здания по наружному обмеру, м³ , t_в - усредненная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений, °С, t_н - наружная температура, °С.

Для жилых и общественных зданий при правильной эксплуатации максимальное значение коэффициента инфильтрации не превосходят 3 – 6 %, что лежит в пределах погрешности расчета теплопотерь. Поэтому для упрощения инфильтрацию не вводят в расчет, а значение удельных теплопотерь принимают с небольшим запасом. Потери инфильтрацией промышленных зданий нередко достигают 25 – 30% теплопотерь и их необходимо учитывать при расчете.

При определении расхода теплоты на отопление исходят не из минимального кратковременного значения наружной температуры для данной местности, а из другого, более высокого, так называемого расчетногозначениянаружнойтемпературыдляотопленияtо, равной средней температуре наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50-летний период.

Все значения наружных температур по всей территории России приведены в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».

Для экономного и правильного использования топлива имеет весьма важное значение выбор начала и конца отопительного сезона, которое для жилых и общественных зданий обычно регламентируется местными властями.

Действующими СНиП продолжительность отопительного периода определяется по числу дней с устойчивой среднесуточной температурой +8 °С и ниже. Эту наружную температуру обычно считают началом и концом отопительного периода. Однако эксплуатационные наблюдения показывают, что нельзя оставлять жилые и общественные здания без отопления в течение продолжительного времени при наружной температуре ниже +10 - + 12 °С, т.к. это приводит к заметному снижению внутренней температуры в помещении и неблагоприятно отражается на самочувствии людей.

Начало и конец отопительного сезона для промышленных зданий определяются наружной температурой, при которой теплопотери через наружные ограждения делаются равными внутренним тепловыделениям. Т.к. тепловыделения в промышленных зданиях значительны, то в большинстве случаев длительность отопительного сезона для них короче, чем для жилых и общественных зданий.

Расход теплоты на вентиляцию жилых зданий, не имеющих, как правило, специальной приточной системы, относительно невелик. Он обычно не превышает 5 - 10 % расхода теплоты на отопление и учитывается в значении удельной теплопотери здания.

Расход теплоты на вентиляцию производственных и коммунальных предприятий, а также общественных и культурных учреждений составляет значительную долю суммарного теплопотребления объекта, часто превосходя расход на отопление.

Расход теплоты на вентиляцию принимают по проектам местных систем вентиляции или по аналогичным проектам зданий, а для действующих установок – по эксплуатационным данным.

Ориентировочный расчет расхода теплоты на вентиляцию, Дж/с, можно проводить по формуле

Q_в = m V_в cв ( t_вп – t_н ), (1.4)

где m - кратность обмена воздуха, l/c или l/ч; V_в - вентилируемый объем здания, м³ ; св - объемная теплоемкость воздуха, равная 1260 Дж/(м³ ·К); t_вп - температура нагретого воздуха, подаваемого в помещение, °С; t_н - температура наружного воздуха, °С.

Для удобства расчета формулу (1.4) применяют в следующем виде

Qв = q_в V ( t_в – t_н ), (1.5)

где q_в - удельный расход теплоты на 1м³ вентилируемого здания по наружному обмеру и на 1°С разности между усредненной расчетной температурой воздуха внутри вентилируемого помещения и температурой наружного воздуха; tв - усредненная внутренняя температура, °С.

При отсутствии перечня общественных зданий с указанием их назначения усредненное значение удельного расхода теплоты на вентиляцию для предварительных расчетов можно принять равным 0,235 Вт/(м³ ·К), а вентилируемый объем – равным суммарному объему всех общественных зданий данного района или города. В районах нового строительства, при отсутствии данных об объеме намечаемых к сооружению общественных зданий, его можно учесть в размере 30% суммарного объема жилых зданий.

Отопительная нагрузка, как правило, имеет для жилья круглосуточный и практически постоянный характер, для общественных и промышленных зданий - непостоянно суточный а часто и непостоянный недельный график, когда в целях экономии теплоты искусственно снижают подачу теплоты на отоплении в нерабочие часы.

Значительно более резко изменяется как в течение суток, так и по дням недели вентиляционная нагрузка, т.к. в нерабочие часы промышленных предприятий и учреждений вентиляция, как правило, не работает.

В настоящее время существенную нагрузку в летний период имеют установки кондиционирования воздуха. При выработке искусственного холода тепловыми методами (абсорбционным или эжекционным), установки кондиционирования воздуха создают в летний период дополнительную тепловую нагрузку.

Одна из основных задач установок кондиционирования воздуха заключается в отводе из помещения избыточной теплоты, создающей дискомфортные условия из-за значительного повышения внутренней температуры.

Избыточное количество теплоты, подлежащее удалению из здания, Дж/с, определяется по формуле

Qиз = Qтп+ Q_тв , (1.6)

где Q_тп - количество теплоты, поступающее в здание через сплошные наружные ограждения и остекленные поверхности; Q_тв - внутренние тепловыделения.