Определение тепловой мощности отопительной системы

Необходимость устройства систем отопления определяется расчетом в зависимости от параметров внутреннего воздуха, тепло- и газовыделений, параметров наружного воздуха и теплотехнической характеристикой ограждающих конструкций производственных помещений.

Необходимую тепловую мощность отопительной системы Q_от определяют из уравнения теплового баланса помещения в расчетном режиме функционирования системы [4]:

Q_от = ΔQ = ∑Q_пот - ∑Q_пост (2.7)

где ∑Q_пот – суммарные потери теплоты из помещения; ∑Q_пост – суммарные теплопоступления в помещение.

Расход теплоты в помещении в общем случае можно представить следующей зависимостью:

(2.8)

где Q_огр – расход теплоты через ограждающие конструкции помещений, Вт; Q_и – расход теплоты на нагрев инфильтрующего воздуха или удаляемого вентиляцией из помещений, Вт; Q_н.м. – расход теплоты на нагрев поступающих извне материалов, оборудования и транспорта, Вт; Q_проч – прочие расходы теплоты (на испарение влаги с открытых водных поверхностей, на нагрев воздуха, поступающего извне для компенсации воздуха, удаляемого из помещения технологическим оборудованием, и т.д.), Вт.

Потери теплоты на нагревание наружного воздуха, инфильтрующегося через притворы окон, дверей и ворот Q_и (Вт), для помещений производственных зданий можно принимать в размере 30 % основных теплопотерь через все ограждения, [2.5] т.е..

Q_и = 0,3Q_осн (2.9)

Для жилых и общественных зданий теплопотери инфильтрацией и внутренние тепловыделения примерно одинаковы и имеют небольшие значения. Для упрощения расчетов их можно не учитывать [5].

Затраты теплоты (Вт) на нагревание воздуха, удаляемого из помещения при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемые подогретым приточным воздухом [4]:

(2.10)

где L – объемный расход удаляемого воздуха, м³/ч; ρ – плотность воздуха, кг/м³; с – удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·^оС); t_в,t_н – расчетные температуры воздуха в помещении и наружного воздуха в холодный период, ^оС; К – коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для стыков панелей стен и окон с тройными переплетами, 0,8 для окон с раздельными переплетами и 1,0 для одинарных окон и открытых проемов.

Затраты теплоты (Вт) на нагревание поступающих извне холодных материалов, оборудования и транспорта Q_н.м. определяют по формуле [4]:

(2.11)

где G_м – масса поступающего в цех холодного материала, кг/ч; с – удельная массовая теплоемкость материала, Дж/(кг·^оС); t_в,t_н – температуры воздуха внутри помещения и материала, ^оС; β – коэффициент, учитывающий интенсивность поглощения теплоты материалом или оборудованием (берется по СНиП 2.04.05-91).

В животноводческих помещениях значительное количество теплоты расходуется на испарение влаги.

Поток теплоты (Вт), расходуемый на испарение влаги с мокрых поверхностей животноводческого помещения, по Захарову АА. [1]

, (2.12)

где r – скрытая теплота испарения воды Дж/г, r = 2490 Дж/г; W_ж – влага, выделяемая животными, г/ч; – влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения (пол, поилки, кормушки и др.), г/ч; - коэффициент, равный 0,1…0,25 для коровников и телятников, 0,1…03 для свинарников. Более высокие значения относятся к помещениям с недостаточным количеством или полным отсутствием подстилки при неудовлетворительной работе канализации.

Влагу, выделяемую животными, определяют по формуле

, (2.13)

где n – число животных с одинаковым выделением водяных паров; – выделение водяных паров одним животным (прил. 4), г/ч; – коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых животным водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри помещения (прил. 5).

Поток теплоты (Вт), расходуемый на испарение влаги в птицеводческом помещении, определяют по формуле

, (2.14)

где – масса влаги, испаряющаяся с мокрых поверхностей, г/ч; – масса влаги, испаряющаяся из помета, г/ч.

; , (2.15)

где n – количество птиц с одинаковым выделением водяных паров; m – живая масса одной птицы, кг; w – выделение водяных паров на 1 кг живой массы птицы (прил. 6), г/ч; – см. (2.13) (прил. 7); – среднесуточный выход помета (г) от одной птицы (у кур яичного направления 240, кур мясного направления 290, индеек 430, уток 550, гусей 600); Z – коэффициент, учитывающий усушку помета Z = 0,7; ‑ коэффициент, равный 0,1.

Минимальные теплопоступления в помещение

(2.16)

где Q_об, Q_ж, Q_б, Q_м, Q_чел, Q_и.о, Q_др – соответственно теплопоступления от технологического оборудовании, бытового оборудования, нагретых материалов, животных, людей, искусственного освещения и других источников теплоты, Вт.

В животноводческих и птицеводческих помещениях значительную долю теплопоступлений составляют тепловыделения животными и птицей.

Поток свободной теплоты (Вт), выделяемой животными

, (2.17)

где n – число животных с одинаковым выделением свободной теплоты; q – поток свободной теплоты, выделяемой одним животным (прил. 4), Вт; – коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животным теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения (прил. 5).

Поток свободной теплоты (Вт), выделяемой птицей

, (2.18)

где n – число птиц с одинаковым выделением свободной теплоты; m – живая масса одной птицы, кг; q – поток свободной теплоты выделяемый 1 кг живой массы птицы (прил. 6), Вт; – то же, что и в формуле 2.17 (прил. 7).

Тепловой поток (Вт), от электродвигателей, приводящих в действие технологическое и прочее производственное оборудование (если они установлены в помещении)

, (2.19)

где – установленная мощность электродвигателей, Вт; – КПД электродвигателей; – коэффициент использования установленной мощности; – коэффициент загрузки оборудования; k_о – коэффициент одновременности работы электродвигателей.

Тепловыделения (Вт) от оборудования, приводимого в действие электродвигателями (насосы, вентиляторы, металлорежущие станки, оборудование для механической обработки продуктов и т.д.)

, (2.20)

где – коэффициент тепловыделения оборудования. Для агропредприятий можно принять [1]: = 0,75…0,90; = 0,5…0,8; = 0,6…0,95; = 0,1…0,3.

Тепловой поток (Вт) от осветительных приборов

, (2.21)

где N_осв – установленная мощность источников освещения, Вт; _осв – КПД осветительных приборов: _осв= 0,06 – для ламп накаливания и _осв= 0,12 – для люминесцентных ламп.

С небольшой погрешностью можно считать, что в животноводческих помещениях тепловыделения от электродвигателей, электроосвещения и потери теплоты на нагрев поступающих извне кормов взаимокомпенсируют друг друга [1], т.е. для животноводческих помещений Q_от можно определять по формуле

(2.22)

Теплопоступления (Вт) от нагретой поверхности технологического оборудования определяются по формуле

, (2.23)

где F – площадь нагретой части технологического оборудования, ; t_п, t_в – температуры воздуха в помещении нагретой поверхности, °С; - коэффициент теплообмена, Вт/ °С; = 11,6 - для поверхности технологического оборудования и α=7 + 4,1 – для нагретой поверхности, - скорость воздуха около нагретой поверхности, м/с.

Тепловыделения (Вт) от электрических нагревательных печей и сушилок

, (2.24)

где N – мощность нагревательных установок, Вт; k₁ – коэффициент, учитывающий долю теплоты, поступающей в помещение, k₁ = 0,15…1,0

Теплопоступления (Вт) от технологического оборудования непрерывного действия, используемого для обработки и переработки сельхозпродуктов (кормозапарников, пастеризаторов молока, сушилок и т.д.), определяются по выражению

, (2.25)

где Q_тех – подведенный тепловой поток к оборудованию, Вт; Q_пр – тепловой поток, уносимый из помещения с обработанным продуктом, Вт.

Теплопоступление (Вт) от работающих людей

(2.26)

где n_л – количество работающих людей; q – полный тепловой поток, выделяемый одним работающим, Вт (табл. 2.5).

Для жилых зданий при расчете теплопотерь учитываются только Q_огр и Q_и, а при расчете тепловыделений – только Q_б (в соответствии с п. 3.1 СНиП 2.04.05-86 Q_б=21 Вт/м² для жилых комнат и кухонь).

Пример 2.2. Для здания, указанного в примере 2.1, определить расход теплоты на испарение влаги с мокрых внутренних поверхностей помещения, внутренние тепловыделения, расчетную нагрузку отопления и удельную отопительную характеристику здания. В здании находятся 500 свиней на откорме со средней живой массой 80 кг. Тепловыделениями оборудования пренебречь.

Решение. Нормы выделений на одну голову (прил. 4,5) водяных паров 124 г/ч; свободной теплоты 215 Вт. Поправочные коэффициенты k_t для определения количества свободной теплоты 0,75, количества паров - 1,35.

Количество влаги, выделяемое животными [формула (2.13)]

W_ж = 500·124·1,35 = 83700 г/ч

Приняв = 0,2 определим расход теплоты на испарение влаги [формула (2.12)]

Q_исп. = 2490·0,2·83700/3600 = 11578 Вт

Тепловыделения животными [формула (2.17)]

Q_т.в. = 500·215·0,75 = 80625 Вт

Расчетная нагрузка отопительной системы [формула (2.21)]

Q₀ = 113641 + 11578 – 80625 = 44594 Вт

Объем здания по наружным размерам

м²

Удельная отопительная характеристика здания

q₀ = Q₀/V_н(t_в-t_н) = 44594/3715,2 (18+30) = 0,250 Вт/м³ °С