Годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию. Удельный расход тепловой энергии на отопление здания: знакомство с термином и смежными понятиями Как считать расход тепла на отопление

Расчет потребления тепла на отопление. Отопление является наиболее крупным потребителем тепла. Длительность потреб­ления тепла на нужды отопления соответствует продолжитель­ности отопительного периода, т. е. числу суток с устойчивой среднесуточной температурой наружного воздуха t н, ниже ус­тановленного предела. Например, по Строительным нормам и правилам СНиП II-A. 6-72 «Строительная климатология и гео­физика. Нормы проектирования» такому пределу соответствует температура наружного воздуха, равная +8°С. Как только эта температура становится ниже или выше указанного предела, то соответственно включают или выключают систему отопления.

Расход тепла на отопление зависит не только от климати­ческих условий, но и от конструктивных характеристик здания и его расположения.

Обеспечение тепловой энергией зда­ний производится для поддержания в них заданного темпера­турного режима. В этом случае предполагается, что тепловая энергия полностью компенсирует теплопотери - трансмиссион­ные и от инфильтрации. При заданных ограждающих конструк­циях трансмиссионные теплопотери определяются в основном температурой наружного воздуха t н теплопотери от инфильтра­ции, кроме того, скоростью ветра и влажностью воздуха. Таким образом, изменение расхода тепла обратно пропорционально изменению t н и прямо пропорционально изменению скорости ветра и влажности воздуха. Минимальный расход тепла соответствует началу отопительного периода. По мере снижения t н потребность в тепле возрастает и становится максимальной при минимальной t н.

Комплексная и параллельная разработка всех частей проек­та приводит к необходимости предварительной оценки общих теплопотерь зданиями. При этом используют, как правило, метод приближенного расчета по укрупненным измерителям. Для трансмиссионных теплопотерь укрупнённым измерителем явля­ется удельная тепловая отопительная характеристика здания q o .Она представляет собой количество тепла, необходимое для компенсации теплопотерь одним кубическим метром здания в единицу времени при разности температур в один градус между воздухом в помещении t вн и наружным t н. Удельная харак­теристика q o изменяется обратно пропорционально объёму зда­ния. Для некоторых зданий она приведена в табл. 1.

Для расчета теплопотерь от инфильтрации такого измерите­ля нет. На практике приближенную их величину при определе­нии трансмиссионных теплопотерь учитывают соответствую­щим коэффициентом, который зависит от многих факторов: вы­соты и объема помещений, расположения и площади проемов, количества щелей в ограждающих конструкциях и величины их раскрытия, а также температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра. На основании практических данных указанный коэффициент может быть принят равным: для общественных здании 0,1-0,3; для промышленных зданий при наличии одинарного остекления и без специальных уплотнений притворов дверей и ворот, а также для крупных общественных зданий - 0,3-0,6; для крупных цехов, имеющих большегабаритные ворота, - 0,5-1,5 и даже 2.

Таблица 1.

Средняя температура воздуха в зданиях и удельные тепловые характеристики зданий заданного объёма.

Продолжение таблицы 1.

Для жилых и общественных зданий максимальный расход тепла на отопление можно определить по укрупненному показателю, отнесенному одному квадратному метру жилой площади. Этим показателем удобно пользоваться в том случае, когда известно лишь количество жилой площади, намечаемое к вводу к эксплуатацию в заданном районе. Максимальный часовой расход тепла на отопление жилых зданий, приходящийся на 1 м 2 жилой площади при температурах наружного воз­духа 0, -10, -20, -30, -40 о С соответственно равен: 90; 130; 150; 175; 185 Вт/м 2 . При этом расход тепла на отопление общественных зданий принимают в размере 25% расхода тепла для жилых.

Максимальный расчетный расход тепла Q o , Вт, на отопление при установившемся тепловом режиме здания, отнесенный к его объему и разности температур, определяют по формуле

где - коэффициент, учитывающий теплопотери от инфильтрации; - удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м 3 ·К); - поправочный коэффициент к отопительной характеристике на наружную температуру воздуха; с некоторым округлением можно определять по формуле ; - объём здания по наружному обмеру без подвала, м 3 ; - средняя температура воздуха в отапливаемом здании, о С; - температура наружного воздуха, о С: при проектировании отопления принимается по климатологическим данным как средняя наиболее холодных пятидневок из восьми зим за 50-летний период.

Температура воздуха в помещении задается либо санитар­ными нормами, либо технологическими процессами с учетом требований санитарных норм. Значения средней температуры воздуха в некоторых зданиях приведены в табл.1.

Рис.1. Графики расхода тепла на нужды отопления а - часовой; б - сезонный

Формулу (1) можно использовать для определения часового расхода тепла в любой период отопительного сезона, подставляя значение t н, соответствующее этому периоду. Так, напри­мер, начало отопительного сезона характеризуется минималь­ными затратами тепловой энергии. В этот момент расчетная температура наружного воздуха наиболее высокая, t н =8 о С.

Как следует из формулы (1), изменение расхода тепла при изменении t н имеет линейную зависимость. Чтобы знать характер изменения в течение всего сезона, достаточно опреде­лить расходы тепла при максимальном t н и минимальном значениях t н.о. . Обычно такое изменение представляют графически (рис. 1). На рис.1а на оси абсцисс отложены значения температуры наружного воздуха, на оси ординат-расходы тепла. Точки А и Б соответствуют максимальному и минималь­ному расходам тепла. Линия АБ - линейная зависимость - из­менение часового расхода тепла в течение холодного периода. По такому графику можно определить часовой расход тепла на отопление при любом значении £н в указанных пределах. Для этого необходимо из точки заданного значения t н на оси абсцисс восставить перпендикуляр до пересечения с линией АБ. Точка пересечения будет соответствовать искомому расходу тепла. Так, на рис. 1а пунктирной линией показано опреде­ление среднечасового расхода тепла при средней темпе­ратуре наружного воздуха за отопительный период .

В промышленных цехах, а также в ряде общественных зда­ний во время перерыва в работе, а также в выходные, и праздничные дни, не требуется поддерживать температуру в помещении t в.н, на заданном уровне и соответственно затрачивать мак­симальное количество тепла. В это время температура возду­ха в помещении снижается до +5°С и обеспечивается специаль­ным дежурным отоплением. Часовой расход тепла в этот период можно определить по формуле (1), принимая . Пре­дел снижения диктуется условиями надежной эксплуатации сооружений. Сокращение расхода тепла за этот период учиты­вают при определении годовой потребности.

В заданном климатическом районе годовой расход тепла оп­ределяют по числу суток в отопительном периоде и по значени­ям за каждые сутки или по средней t н за весь рассматривае­мый период. Степень равномерности потребления тепла здани­ем по суткам и за неделю выявляют в зависимости от режима работы предприятия.

Годовую потребность в тепловой энергии, МВт, для отоп­ления административных и промышленных зданий с учетом ее снижения во внерабочее время, а также в выходные и пред­праздничные дни определяют по выражению

где - число часов работы предприятия в сутки; - число суток в отопительном периоде; - сумма выходных и праздничных дней в отопительном периоде; - температура наружного воздуха, средняя за отопительный период, о С; 24 -число часов в сутках; температура воздуха в здании в нерабочее время, о С.

Для зданий с равномерным потреблением тепла в течение суток, например, жилых и некоторых общественных с круглосуточным режимом работы, формула (2) упрощается, так как =0, =24,

Для обеспечения эксплуатационного режима работы теплоснабжающих устройств определяют изменение отопительной нагрузки во времени в течение всего отопительного периода. Наиболее целесообразно годовое потребление тепла во времени представлять графически - рис. 1б , где на оси абсцисс от­ложены последовательно с нарастающим итогом часы стоя­ния одинаковых температур , начиная с минимальных, а по оси ординат - расход тепла, соответствующий этим температу­рам.

Для конкретного объекта построение трафика начинают е выявления числа часов стояния одинаковых температур . Затем по формуле (1) с учетом возможного снижения потребления тепла во внерабочее время рассчитывают требуемый расход тепла. Полученные результаты наносят на координатную сетку графика, откладывая их на перпендикулярах, восставленных на оси абсцисс в точках изменения наружных температур. Из то­чек расхода тепла, отложенных на перпендикулярах, проводят линии, параллельные оси абсцисс, длиной, равной числу стоя­ния одинаковых температур. Правые верхние углы образовав­шихся прямоугольников соединяют плавной кривой. Эта кри­вая характеризует потребление тепла для отопления данного объекта и является основой для разработки режима работы системы теплоснабжения.

График расхода тепла в течение года можно построить, ис­пользуя график часовых расходов. Для этого часовые расходы переносят на ординаты, соответствующие наружным температурам годового графика. Точки пересечения часовых расходов тепла с ординатами, соответствующими предельным значениям температур в заданном интервале, соединяют плавной кри­вой. Площадь, ограниченная осью абсцисс, максимальной и ми­нимальной ординатами и плавной кривой (см. рис.1б кри­вая A 1 Б 1) пропорциональна годовому расходу тепла. При сред­ней температуре за отопительный период форма годового графика условно будет иметь вид прямоугольника, в котором ордината соответствует среднечасовому расходу теп­ла (см. пунктирную линию на рис. 1б ).

II.1.2. Расчет потребления тепла на вентиляцию

В системах вен­тиляции тепло затрачивается на подогрев свежего приточного воздуха до заданной температуры. Расход тепла , Вт, опре­деляется количеством, температурой и влажностью подогревае­мого воздуха

где - теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К); - плотность воздуха, кг/м 3 ; V- объем приточного воздуха, м 3 /ч; и - температура воздуха за на­гревателем и перед ним, о С; 1/3,6 - теплоэнергетический эквивалент для пере­вода кДж/ч в Вт, т. е, теплоты, Дж, в тепловую энергию, расходуемую в единицу времени, Вт.

Объем приточного воздуха соответствует объему удаляемого. Это равенство является основным правилом при решении воз­душного баланса помещения. Объем удаляемого воздуха рассчитывают из условия обеспечения воздушной среды, отвечаю­щей требованиям санитарных норм, по количеству вредных вы­делений (пыль, газы, аэрозоль, влага и т. п.) в помещении. Кроме того, на объем удаляемого воздуха влияет принятый способ воздухообмена.

Организация воздухообмена в помещений решается в основном одним из двух вариантов. Там, где вредные выделения можно удалить непосредственно на месте их образования, осу­ществляют наиболее эффективную местную вентиляцию, В этом случае объем удаляемого воздуха становится минимальным, так как вентилируется только ограниченная рабочая зона в помещении. При этом расход тепла рассчитывают по формуле (4).

Если вредные выделения распространяются по всему объему, применяют общеобменную вентиляцию, создающую в по­мещении требуемые условия воздушной среды путем разбавле­ния вредных выделений чистым приточным воздухом. Воздухо­обмен, основанный на этом принципе, требует наибольшего объема вентилируемого воздуха, а следовательно, и наиболь­шего расхода тепла.

При разработке системы теплоснабжения расход тепла да нужды общеобменной вентиляции оценивают аналогично отоп­лению, как правило, по укрупненным измерителям. Таким из­мерителем является удельная тепловая вентиляционная харак­теристика , отнесенная к объему здания. Она представляет со­бой количество тепла, необходимое для вентиляции 1 м 3 здания в единицу времени при перепаде температур 1 о.

Используя удельную характеристику, расход тепла на нуж­ды общеобменной вентиляции , Вт, отнесенный к объему зда­ния, определяют по формуле

где - удельная вентиляционная характеристика здания, Вт/(м 3 ·К); - температура наружного воздуха, °С; при проектировании вентиляции прини­мается по климатологическим данным как средняя за наиболее холодный пе­риод, составляющий 15% в отопительном сезоне.

Для некоторых зданий массового строительства значение вентиляционной характеристики указано в табл. 1.

Удельную вентиляционную характеристику можно опреде­лить также по кратности обмена и объему вентилируемого по­мещения

где m - кратность обмена, представляющая собой отношение количества при­точного воздуха, подаваемого в единицу времени в 1 ч, к объему вентилируе­мого помещения.

Кроме того, максимальный расход тепла на нужды общеоб­менной вентиляции общественных зданий определяют по укрупненному показателю для районов, где известно лишь коли­чество жилой площади, намечаемое к строительству. Этот по­казатель относят к 1 м 2 жилой площади и в зависимости от температуры наружного воздуха при 0, -10, -20, -30 и 40 о С принимают соответственно равным: 9; 13; 15; 17,5 и 18,5 Вт/м 2 .

Температура наружного воздуха, принимаемая при расчете тепла на вентиляцию, не является одинаковой для всех поме­щений. Она зависит от принятого способа воздухообмена. При расчете местной вентиляции ее берут равной, как и для отопления, т. е, . Значение этой температуры при общеоб­менной вентиляции выше, чем при отоплении. Здесь она опре­деляется как средняя за наиболее холодный период продолжи­тельностью, равной 15% отопительного сезона. Допустимое по­вышение уровня при температурах наружного воздуха наи­более холодного периода обусловлено возможностью увеличе­ния рециркуляции воздуха. В период пониженных наружных температур требуемая температура приточного воздуха дости­гается путем подмешивания к наружному более теплого возду­ха, забираемого из вентилируемого помещения. Благодаря это­му уменьшается объем приточного свежего воздуха, поступаю­щего на подогрев, и соответственно сокращается потребность в тепловой энергии на нужды общеобменной вентиляции. Следует отметить, что указанное повышение , обусловленное сниже­нием потребности в тепловой энергии в часы ее максимального расхода, допускается только для общеобменной вентиляции,и то в тех помещениях, в которых разрешается рециркуляция воздуха. В цехах же, где по характеру вредных выделений ре­циркуляция воздуха не допускается, за расчетную температуру принимают отопительную независимо от принятого способа воз­духообмена, т. е. .

Расход тепла на вентиляцию, так же как и на отопление, за­висит от наружной температуры. При местной и общеобменной вентиляции без рециркуляции воздуха эта зависимость анало­гична отопительной (рис.2а , линия АВ).

При общеобменной вентиляции с рециркуляцией воздуха аналогия наблюдается только в диапазоне наружных температур от +8 до t н.в. (линия БВ). При дальнейшем снижении тем­пературы наружного воздуха, т. е. когда t н. t н.в. , расход тепла не изменяется и сохраняется на уровне t н.в. течение всего наи­более холодного периода, линия расхода ГБ параллельна оси абсцисс.

Годовой расход тепла на вентиляцию, МВт определяют на основании часового при соответствующем способе воздухообмена в зависимости от числа часов работы системы вентиляции.

При общеобменной вентиляции с рециркуляцией воздуха: с перерывами работы в течение суток и в выходные дни

Если имеются сведения о продолжительности умеренно хо­лодного периода (для некоторых городов см. табл.2), то расчеты по формулам (7) - (10) значительно упрощаются.

Режим работы системы вентиляции разрабатывают на основании годового графика потребления тепла. Построение этого графика (рис.2б ) производится аналогично отопительному для систем вентиляции без рециркуляции воздуха. Для общеобменной вентиляции имеется особенность. Здесь график разделен на две части: первая (левая) - соответствует наиболее холод­ному периоду и имеет постоянный расход тепла в течение это­го периода. Линия Г 1 Б 1 параллельна оси абсцисс, расход тепла определяется площадью прямоугольника О - Г 1 – Б 1 – 0,15 n o . Вторая часть, соответствующая умеренно холодному периоду, имеет переменный расход тепла - линия Б 1 В 1 .

Таблица 2.

Средняя температура наружного воздуха и продолжительность умеренно холодного периода в отопительном сезоне

При определении тепловой нагрузки системы отопления учитыва­ются особенности теплового режима помещений. В помещениях с пос­тоянным тепловым режимом, к которым относятся промышленные здания с непрерывным технологическим процессом, сельскохозяйственные помещения и общественные здания, тепловая нагрузка системы отопле­ния определяется из теплового баланса помещения. Тепловой баланс устанавливает равновесие между тепловыми потерями здания и теплопритоком, откуда расход тепла на отопление будет равен

Q о = Q т +Q м – Q вн (1.1)

где Q о - расход теплоты на отопление, кВт;

Q т - тепловые потери здания теплопередачей через наруж­ные ограждающие конструкции и инфильтрацией из-за поступления в помещение холодного воздуха через неплотности, кВт

Q м - расход теплоты на обогрев материалов, поступающих в помещение, кВт;

Q вн - внутренние тепловыделения, кВт.

Расчетные (максимальные) потери теплоты промышленными здани­ями через наружные ограждения и инфильтрацией определяются по формуле

Q т max = (1+μ)(t в – t но) q o V 10 -3 (1.2)

где μ - коэффициент инфильтрации;

t но - расчетная температура наружного воздуха для расчета отопления, принимается в зависимости от климатического района (приложение В), °С;

t в - усредненная температура внутреннего воздуха отдельных помещений здания, принимается в зависимости от назначения помещения (приложение Д), С;

q o - удельная отопительная характеристика здания, завися­щая от строительного объема здания и его назначения (приложение Г), Дж/(с.м 3 .К);

V - строительный объем отдельного здания по наружному обмеру, м 3 .

При выборе температуры внутреннего воздуха для производствен­ных зданий следует учитывать интенсивность труда. По интенсивности труда все виды работ делятся на три категории: легкие, средней тяжести и тяжелые. К легким относятся работы, выполняемые сидя и стоя, не требующие систематического физического напряжения (про­цессы точного приборостроения, конторские работы и др.) К кате­гории работ средней тяжести относятся работы, связанные с посто­янной ходьбой, переносом тяжестей до 10 кг (механосборочные це­ха, обработка древесины, текстильное производство и др.). К ка­тегории тяжелых работ относятся работы с систематическим физичес­ким напряжением (кузнечные, литейные цеха и др).

Коэффициент инфильтрации определяется по выражению

где b - постоянная инфильтрации, для отдельно стоящих про­мышленных зданий принимается b =0,035 - 0,040 c/m,

g - ускорение свободного падения, м/с;

L - свободная высота здания, м. Для общественных и адми­нистративных зданий принимается равной высоте этажа. Для промышленных зданий можно принимать значения L = 5-25 м.

w в - средняя скорость ветра для наиболее холодного месяца (приложение В), м/с.

Расход теплоты на обогрев разнородных материалов, поступаю­щих в производственное помещение в холодное время года, кВт

Q м max = ∑G м i · c i (t в – t м), (1.4)

где і - количество наименований материалов;

с і - удельная теплоёмкость материала (таблица I), қДж/(кг.град)

t м - температура материала, о С. Ориентировочно принимает­ся; для металлов и металлических изделий t м =t но, для других несыпучих материалов t м =t но +10 о С для сыпучих материалов t м =t но +20 о С

G мi - масса однородного материала, поступающего в цех, кг/с.

Общий расход материала промышленным предприятием, заданий в приложении Б, необходимо распределить по цехам, в соответствии с назначением цехов. Список рекомендуемых материалов приведен в таблице I.

Таблица 1 - Удельная теплоёмкость некоторых материалов

Внутренние тепловыделения промышленных предприятий довольно устойчивы и составляют существенную долю расчетной отопительной нагрузки, поэтому их необходимо учитывать при разработке режима теплоснабжения. Источниками внутренних тепловыделений в производ­ственных помещениях являются; механическое и электрическое обо­рудование, нагретые поверхности аппаратов, установок и трубопро­водов, поверхности нагретых ванн, электроосвещение, работающие люди, остывающие материалы и продукты сгорания и т.д. Ниже при­ведена методика ориентировочного расчёта тепловыделений от тех­нологического оборудования, электроосвещения и работающих людей.

Общее количество внутренних тепловыделений в отдельных промышленных зданиях, кВт

В том случае, если отсутствуют фактические данные или про­екты технологических процессов, внутренние тепловыделения от обо­рудования вычисляются по аналогам. Для горячих цехов тепловыде­ления от производственного оборудования и технологическах процес­сов, кВт

где q n - удельная теплонапряженность помещения (таблица 2), кВт/м 3 ;

V - строительный объем помещения, м 3 .

Таблица 2 - Удельная теплонапряженностъ горячих цехов /18/, кВт/м 3

В цехах не относящихся к горячим, одним из основных видов внутренних тепловыделений, будет теплота от технологического оборудования, снабженного электроприводом. Поступление теплоты от электродвигателей механического оборудования и приводимых ими в действие машин, кВт .

где k сп - коэффициент спроса на электроэнергию (таблица 3);

k п - коэффициент, учитывавший полноту загрузки электро­двигателей k п =0,9-1;

k Т - коэффициент перехода теплоты в помещение, Для метал­лорежущих станков k Т = 0,9-1; для вентиляторов и насосов

η - к.п.д электродвигателя при полной его загрузке η=0,85-0,9;

q эл - удельная плотность электрической силовой нагрузки (таблица 4), кВт/м 2 ;

F - площадь пола помещения цеха, м 2 .

Таблица 3 - Коэффициент cпроса на электроэнергию

Таблица 4 - Удельные плотности электрических нагрузок на 1м 2 полезной площади производственных зданий

Количество теплоты, поступающей в помещение от источников искусственного освещения, вычисляют по удельным показателям

где F - площадь пола помещения, м 2 ;

q ос - удельная плотность электрической осветительной нагрузки (таблица 4), кВт/м 2 .
Тепловыделения от людей определяются в зависимости от зат­рат ими энергии и температуры воздуха в помещении. Полное коли­чество теплоты, кВт

где m" - количество людей в помещении;

q л -удельное количество полной теплоты, выделяемой од­ним работающим (таблица 5), кВт.

Таблица 5- Удельное полное количество теплоты, выделяемое взрослыми людьми /1/, кВт

Для расчета количества работающих в здании можно воспользо­ваться приближенными формулами. Для производственных цехов коли­чество работающих в одну смену, приближенно равно

для административных зданий

где V - строительный объем цеха или здания, м 3 .

Расчетный расход теплоты на отопление жилого района, при отсутствии данных о типе застройки и наружном объеме жилых и общественных зданий, согласно СНиП П-З6-73 рекомендуется определять по формуле

где q ж - укрупненный показатель максимального расхода теп­лоты на отопление 1 м 2 жилой площади (таблица 6), кДж/(с.м 2);

F ж - жилая площадь, определяется исходя из 12 м 2 на од­ного жителя района, м 2 ;

k 0 - коэффициент, учитывающий расход теплоты на отопле­ние общественных зданий, при отсутствии фактических данных рекомендуется принимать k 0 =0,25

Таблица 6 - Укрупненный показатель максимального расхода теплоты на отопление жилых зданий

Как оптимизировать затраты на отопление? Эта задача решается только комплексным подходом, учитывающим все параметры системы, здания и климатические особенности региона. При этом важнейшей составляющей является тепловая нагрузка на отопление: расчет часовых и годовых показателей входят в систему вычислений КПД системы.

Зачем нужно знать этот параметр

Что же представляет собой расчет тепловой нагрузки на отопление? Он определяет оптимальное количество тепловой энергии для каждого помещения и здания в целом. Переменными величинами являются мощность отопительного оборудования – котла, радиаторов и трубопроводов. Также учитываются тепловые потери дома.

В идеале тепловая мощность отопительной системы должна компенсировать все тепловые потери и при этом поддерживать комфортный уровень температуры. Поэтому прежде чем выполнить расчет годовой нагрузки на отопление, нужно определиться с основными факторами, влияющими на нее:

• Характеристика конструктивных элементов дома. Наружные стены, окна, двери, вентиляционная система сказываются на уровне тепловых потерь;
• Размеры дома. Логично предположить, что чем больше помещение – тем интенсивнее должна работать система отопления. Немаловажным фактором при этом является не только общий объем каждой комнаты, но и площадь наружных стен и оконных конструкций;
• Климат в регионе. При относительно небольших снижениях температуры на улице нужно малое количество энергии для компенсации тепловых потерь. Т.е. максимальная часовая нагрузка на отопление напрямую зависит от степени снижения температуры в определенный период времени и среднегодовое значение для отопительного сезона.

Учитывая эти факторы составляется оптимальный тепловой режим работы системы отопления. Резюмируя все вышесказанное можно сказать, что определение тепловой нагрузки на отопление необходимо для уменьшения расхода энергоносителя и соблюдения оптимального уровня нагрева в помещениях дома.

Для расчета оптимальной нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно знать точный объем здания. Важно помнить, что эта методика разрабатывалась для больших сооружений, поэтому погрешность вычислений будет велика.

Выбор методики расчета

Перед тем, как выполнить расчет нагрузки на отопление по укрупненным показателям или с более высокой точностью необходимо узнать рекомендуемые температурные режимы для жилого здания.

Во время расчета характеристик отопления нужно руководствоваться нормами СанПиН 2.1.2.2645-10. Исходя из данных таблицы, в каждой комнате дома необходимо обеспечить оптимальный температурный режим работы отопления.

Методики, по которым осуществляется расчет часовой нагрузки на отопление, могут иметь различную степень точности. В некоторых случаях рекомендуется использовать достаточно сложные вычисления, в результате чего погрешность будет минимальна. Если же оптимизация затрат на энергоносители не является приоритетной задачей при проектировании отопления – можно применять менее точные схемы.

Во время расчета почасовой нагрузки на отопление нужно учитывать суточную смену уличной температуры. Для улучшения точности вычисления нужно знать технические характеристики здания.

Простые способы вычисления тепловой нагрузки

Любой расчет тепловой нагрузки нужен для оптимизации параметров системы отопления или улучшения теплоизоляционных характеристик дома. После его выполнения выбираются определенные способы регулирования тепловой нагрузки отопления. Рассмотрим нетрудоемкие методики вычисления этого параметра системы отопления.

Зависимость мощности отопления от площади

Для дома со стандартными размерами комнат, высотой потолков и хорошей теплоизоляцией можно применить известное соотношение площади помещения к требуемой тепловой мощности. В таком случае на 10 м² потребуется генерировать 1 кВт тепла. К полученному результату нужно применить поправочный коэффициент, зависящий от климатической зоны.

Предположим, что дом находится в Московской области. Его общая площадь составлять 150 м². В таком случае часовая тепловая нагрузка на отопление будет равна:

15*1=15 кВт/час

Главным недостатком этого метода является большая погрешность. Расчет не учитывает изменение погодных факторов, а также особенности здания – сопротивление теплопередачи стен, окон. Поэтому на практике его использовать не рекомендуется.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания

Укрупненный расчет нагрузки на отопление характеризуется более точными результатами. Изначально он применялся для предварительного расчета этого параметра при невозможности определить точные характеристики здания. Общая формула для определения тепловой нагрузки на отопление представлена ниже:

Где q° – удельная тепловая характеристика строения. Значения нужно брать из соответствующей таблицы, а – поправочный коэффициент, о котором говорилось выше, Vн – наружный объем строения, м³, Tвн и Tнро – значения температуры внутри дома и на улице.

Предположим, что необходимо рассчитать максимальную часовую нагрузку на отопление в доме с объемом по наружным стенам 480 м³ (площадь 160 м², двухэтажный дом). В этом случае тепловая характеристика будет равна 0,49 Вт/м³*С. Поправочный коэффициент а = 1 (для Московской области). Оптимальная температура внутри жилого помещения (Твн) должна составлять +22°С. Температура на улице при этом будет равна -15°С. Воспользуемся формулой для расчета часовой нагрузки на отопление:

Q=0.49*1*480(22+15)= 9,408 кВт

По сравнению с предыдущим расчетом полученная величина меньше. Однако она учитывает важные факторы – температуру внутри помещения, на улице, общий объем здания. Подобные вычисления можно сделать для каждой комнаты. Методика расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям дает возможность определить оптимальную мощность для каждого радиатора в отдельно взятом помещении. Для более точного вычисления нужно знать среднетемпературные значения для конкретного региона.

Такой метод расчета можно применять для вычисления часовой тепловой нагрузки на отопление. Но полученные результаты не дадут оптимально точную величину тепловых потерь здания.

Точные расчеты тепловой нагрузки

Но все же этот расчет оптимальной тепловой нагрузки на отопление не дает требуемую точность вычисления. Он не учитывает важнейший параметр – характеристики здания. Главной из них является сопротивление теплопередачи материал изготовления отдельных элементов дома – стен, окон, потолка и пола. Именно они определяют степень сохранения тепловой энергии, полученной от теплоносителя системы отопления.

Что же такое сопротивление теплопередачи (R )? Это величина, обратная теплопроводности (λ ) – возможности структуры материала передавать тепловую энергию. Т.е. чем больше значение теплопроводности – тем выше тепловые потери. Для расчета годовой нагрузки на отопление воспользоваться этой величиной нельзя, так как она не учитывает толщину материала (d ). Поэтому специалисты используют параметр сопротивление теплопередачи, который вычисляется по следующей формуле:

Расчет по стенам и окнам

Существуют нормированные значения сопротивления теплопередачи стен, которые напрямую зависят от региона, где расположен дом.

В отличие от укрупненного расчета нагрузки на отопление сначала нужно вычислить сопротивление теплопередачи для наружных стен, окон, пола первого этажа и чердака. Возьмем за основу следующие характеристики дома:

• Площадь стен – 280 м² . В нее включены окна – 40 м² ;
• Материал изготовления стен – полнотелый кирпич (λ=0.56 ). Толщина наружных стен – 0,36 м . Исходя из этого рассчитываем сопротивление телепередачи – R=0.36/0.56= 0,64 м²*С/Вт ;
• Для улучшения теплоизоляционных свойств был установлен наружный утеплитель – пенополистирол толщиной 100 мм . Для него λ=0,036 . Соответственно R=0,1/0,036= 2,72 м²*С/Вт ;
• Общее значение R для наружных стен равно 0,64+2,72= 3,36 что является очень хорошим показателем теплоизоляции дома;
• Сопротивление теплопередачи окон – 0,75 м²*С/Вт (двойной стеклопакет с заполнением аргоном).

Фактически тепловые потери через стены составят:

(1/3,36)*240+(1/0.75)*40= 124 Вт при разнице температуры в 1°С

Температурные показатели возьмем такие же, как и для укрупненного вычисления нагрузки на отопление +22°С в помещении и -15°С на улице. Дальнейший расчет необходимо делать по следующей формуле:

124*(22+15)= 4,96 кВт/час

Расчет по вентиляции

Затем необходимо вычислить потери через вентиляцию. Общий объем воздуха в здании составляет 480 м³. При этом его плотность примерно равна 1,24 кг/м³. Т.е. его масса равна 595 кг. В среднем за сутки (24 часа) происходит пятикратное обновление воздуха. В таком случае для вычисления максимальной часовой нагрузки для отопления нужно рассчитать тепловые потери на вентиляцию:

(480*40*5)/24= 4000 кДж или 1,11 кВт/час

Суммируя все полученные показатели можно найти общие тепловые потери дом:

4,96+1,11=6,07 кВт/час

Таким образом определяется точная максимальная тепловая нагрузка на отопление. Полученная величина напрямую зависит от температуры на улице. Поэтому для расчета годовой нагрузки на отопительную систему нужно учитывать изменение погодных условий. Если средняя температура в течение отопительного сезона составляет -7°С, то итоговая нагрузка на отопление будет равна:

(124*(22+7)+((480*(22+7)*5)/24))/3600)*24*150(дней отопительного сезона)=15843 кВт

Меняя температурные значения можно сделать точный расчет тепловой нагрузки для любой системы отопления.

К полученным результатам нужно прибавить значение тепловых потерь через крышу и пол. Это можно сделать поправочным коэффициентом 1,2 – 6,07*1,2=7,3 кВт/ч.

Полученная величина указывает на фактические затраты энергоносителя при работе системы. Существует несколько способов регулирования тепловой нагрузки отопления. Наиболее действенный из них – уменьшение температуры в комнатах, где нет постоянного присутствия жильцов. Это можно осуществить с помощью терморегуляторов и установленных датчиков температуры. Но при этом в здании должна быть установлена двухтрубная система отопления.

Для вычисления точного значения тепловых потерь можно воспользоваться специализированной программой Valtec. В видеоматериале показа пример работы с ней.

ВВЕДЕНИЕ

Потребление тепловой энергии в России, как и во всем мире неуклонно возрастает для обеспечения инженерных систем здания и сооружений.

В данном курсовом проекте рассчитывается план застройки микрорайона города, где потребители тепловой энергии являются четыре жилых здания и одно общественное – общежитие. Данная тепловая сеть должна обеспечивать расход, необходимый для отопления и горячего водоснабжения всех зданий. Здание 2 – жилой трёхэтажный дом (он вмещает 135 человек), здание 3,4 – жилой пятиэтажный дом (он вмещает 300 человек), здание 5 – общественное здание –детский сад (он вмещает 150 человек), здание1– жилой четырехэтажный дом (он вмещает 180 человек).

Источником тепловой энергии является центральный тепловой пункт. В связи с массовым жилищным строительством возникла необходимость сооружения укрупненных, Центральных тепловых пунктов, для которых отводились специальные земельные участки, как правило, в центре жилых микрорайонов. В закрытых системах теплоснабжения тепловую мощность такого центрального теплового пункта на микрорайон или группу зданий рекомендуется принимать от 12 до 35 МВт (по сумме теплового потока на отопление и среднечасового потока на горячее водоснабжение). Системы горячего водоснабжения при закрытой системе теплоснабжения присоединяют через скоростные секционные водяные подогреватели. Каждый из них состоит из нескольких последовательно включенных секций, в которых происходит противоток сетевой и водопроводной воды. Для возможности очистки трубок от накипи и загрязнений нагреваемая водопроводная вода подается в трубки, а сетевая протекает в межтрубном пространстве.

Данную тепловую сеть можно охарактеризовать следующим образом. Тепловая сеть включает в себя снабжение тепловой энергией на отопление и горячее водоснабжение зданий.

Теплотрасса сети имеет закрытую независимую четырех трубную систему, которая состоит из трубопроводов отопления: обратного и подающего, а также трубопроводов водоснабжения горячего и циркуляционного.

Температура воды в подающем трубопроводе отопления: 130 о С , обратном – 70 о С .

Температура воды в трубопроводах горячего и холодного водоснабжения 65 о С и 5 о С. Теплосеть обеспечивает тепловой энергией пять зданий на их отопление и горячее водоснабжение.

Траса теплосети проложена в местности города Ижевска, рельеф которой повышается по направлению от источника тепловой энергии к последнему потребителю. Источником тепловой энергии тепловой сети является центральный тепловой пункт (ЦТП). Трасса имеет четырех трубную систему, которая состоит из трубопроводов отопления (подающего и обратного) и трубопроводов водоснабжения (горячего и циркуляционного)

Теплосеть обеспечивает тепловой энергией пять зданий на их отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

Расчетная схема тепловой сети

Исходные параметры зданий

РАСЧЕТ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ

Для расчета сетей теплоснабжения необходимо разработать расчетные схемы. Разрабатываются отдельные расчетные схемы на горячее водоснабжение и отопление, так как количество узловых точек в этих сетях не всегда совпадает. Разработку расчетных схем начинаю с определения количества секционных узлов системы горячего водоснабжения и местных тепловых пунктов системы отопления.

Количество секционных узлов горячего водоснабжения в здании либо по числу секций в здании, либо из расчета 36 квартир (ориентировочно) на один секционный узел, каждый секционный узел и каждый тепловой пункт нумеруется. Все секционные узлы соединятся между собой распределительными трубопроводами. На полученной сети расставляются узловые точки, в которых происходит разветвление потока теплоносителя. Все узловые точки нумеруются. Участки между узловыми точками являются расчетными участками. Расходы на участках между секционными узлами в зданиях и на вводах в здания определяются расчётом. Расходы на участках распределительных трубопроводов определяются суммированием расходов воды на участках, подходящих к узлу ветвления потока.

Расход теплоты на отопление

В курсовом проекте лучше всего воспользоваться методом приближённого определения расходов теплоты на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий по их тепловым характеристикам.
Приближённый расход теплоты на отопление жилых и общественных зданий определяют по формуле максимального часового расхода тепла:

где - максимальный часовой расход тепла на отопление здания, Вт;

Тепловая характеристика здания, Вт/(); принимается по таблице в методическом пособии;

a – коэффициент, учитывающий расход тепла на подогрев наружного воздуха, поступающего в здания путем инфильтрации через неплотности в ограждениях; принимают в расчетах a= (1.05…1.1);

К – поправочный коэффициент, учитывающий изменение расчетной наружной температуры; принимается по таблице в методическом пособии;

Объем здания по наружному обмеру, ;

Средняя температура воздуха в здании, ; принимается по нормативам;

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, ; для Удмуртии .

Для 3-х этажного здания:

Для 4-х этажного здания:

Для 5-ти этажного здания:

Для 5-ти этажного здания:

Детский сад 2 этажа:

1.2Расход теплоты на вентиляцию
Значения расходов теплоты на вентиляцию для общественных зданий определяются по формуле:
(1.2)

где - расход теплоты на вентиляцию общественных зданий, Вт;

- вентиляционная удельная тепловая характеристика, Вт/( ); принимается по данным таблиц;

Объём здания по внешнему обмеру,

- температура внутреннего воздуха в здании, ; принимается для определенного здания по нормативам;

Расчётная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, ; для Удмуртии принимается ;

- поправка на расчётную температуру наружного воздуха, принимается по данным таблицы методического материала.

Для общественного здания:

1.3 Расход теплоты на горячее водоснабжение
Расход теплоты на горячее на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий определяется по изменению энтальпии воды:

где - максимальный расход теплоты на горячее водоснабжение, Вт;

с - теплоёмкость воды; с = 4,187 кДж / (кг х ;);

- плотность воды; - 983.2 кг / м3:

- секундный расход горячей воды, л/с;

- температура горячей воды;

- температура холодной воды, .

На начальном этапе обустройства системы теплоснабжения любого из объектов недвижимости выполняется проектирование отопительной конструкции и соответствующие вычисления. Обязательно следует произвести расчет тепловых нагрузок, чтобы узнать объемы потребления топлива и тепла, необходимые для обогрева здания. Эти данные требуются, чтобы определиться с покупкой современного отопительного оборудования.

Тепловые нагрузки систем теплоснабжения

Понятие тепловая нагрузка определяет количество теплоты, которое отдают приборы обогрева, смонтированные в жилом доме или на объекте другого назначения. До того, как установить оборудование, данный расчет выполняют, чтобы избежать излишних финансовых расходов и других проблем, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации отопительной системы.

Зная основные рабочие параметры конструкции теплоснабжения можно организовать эффективное функционирование обогревательных приборов. Расчет способствует реализации задач, стоящих перед отопительной системой, и соответствие ее элементов нормам и требованиям, прописанным в СНиПе.

Когда вычисляется тепловая нагрузка на отопление, даже малейшая ошибка может привести к большим проблемам, поскольку на основании полученных данных в местном отделении ЖКХ утверждают лимиты и другие расходные параметры, которые станут основанием для определения стоимости услуг.

Общая величина тепловой нагрузки на современную отопительную систему включает в себя несколько основных параметров:

• нагрузку на конструкцию теплоснабжения;
• нагрузку на систему обогрева пола, если она планируется к установке в доме;
• нагрузку на систему естественной и/или принудительной вентиляции;
• нагрузку на систему горячего водоснабжения;
• нагрузку, связанную с различными технологическими нуждами.

Характеристики объекта для расчета тепловых нагрузок

Правильно расчетная тепловая нагрузка на отопление может быть определена при условии, что в процессе вычислений будут учтены абсолютно все, даже малейшие нюансы.

Перечень деталей и параметров довольно обширен:

• назначение и тип объекта недвижимости . Для расчета важно знать, какое здание будет обогреваться - жилой или нежилой дом, квартира (прочитайте также: " "). От типа постройки зависит норма нагрузки, определяемая компаниями, поставляющими тепло, а, соответственно, расходы на теплоснабжение;
• архитектурные особенности . Во внимание принимаются габариты таких наружных ограждений, как стены, кровля, напольное покрытие и размеры оконных, дверных и балконных проемов. Немаловажными считаются этажность здания, а также наличие подвалов, чердаков и присущие им характеристики;
• норма температурного режима для каждого помещения в доме . Подразумевается температура для комфортного пребывания людей в жилой комнате или зоне административной постройки (прочитайте: " ");
• особенности конструкции наружных ограждений , включая толщину и тип стройматериалов, наличие теплоизоляционного слоя и используемая для этого продукция;
• назначение помещений . Эта характеристика особо важна для производственных зданий, в которых для каждого цеха или участка необходимо создать определенные условия относительно обеспечения температурного режима;
• наличие специальных помещений и их особенности. Это касается, например, бассейнов, оранжерей, бань и т.д.;
• степень техобслуживания . Наличие/отсутствие горячего водоснабжения, централизованного отопления, системы кондиционирования и прочего;
• количество точек для забора подогретого теплоносителя . Чем их больше, тем значительнее тепловая нагрузка, оказываемая на всю отопительную конструкцию;
• количество людей, находящихся в здании или проживающих в доме . От данного значения напрямую зависят влажность и температура, которые учитываются в формуле вычисления тепловой нагрузки;
• прочие особенности объекта . Если это промышленное здание, то ими могут быть, количество рабочих дней на протяжении календарного года, число рабочих в смену. Для частного дома учитывают, сколько проживает в нем людей, какое количество комнат, санузлов и т.д.

Расчет нагрузок тепла

Выполняется расчет тепловой нагрузки здания относительно отопления на этапе, когда проектируется объект недвижимости любого назначения. Это требуется для того, чтобы не допустить лишние денежные траты и правильно выбрать отопительное оборудование.

При проведении расчетов учитывают нормы и стандарты, а также ГОСТы, ТКП, СНБ.

В ходе определения величины тепловой мощности во внимание принимают ряд факторов:

Расчет тепловых нагрузок здания с определенной степенью запаса необходимо, чтобы не допустить в дальнейшем лишних финансовых расходов.

Наиболее необходимость таких действий важна при обустройстве теплоснабжения загородного коттеджа. В таком объекте недвижимости монтаж дополнительного оборудования и других элементов отопительной конструкции обойдется невероятно дорого.

Особенности расчета тепловых нагрузок

Расчетные величины температуры и влажности воздуха в помещениях и коэффициенты теплопередачи можно узнать из специальной литературы или из технической документации, прилагаемой производителями к своей продукции, в том числе и к теплоагрегатам.

Стандартная методика расчета тепловой нагрузки здания для обеспечения его эффективного обогрева включает последовательное определение максимального потока тепла от обогревательных приборов (радиаторов отопления), максимального расхода тепловой энергии в час (прочитайте: " "). Также требуется знать общий расход тепловой мощности в течение определенного периода времени, например, за отопительный сезон.

Расчет тепловых нагрузок, в котором учитывается площадь поверхности приборов, участвующих в тепловом обмене, применяют для разных объектов недвижимости. Такой вариант вычислений позволяет максимально правильно рассчитать параметры системы, которая обеспечит эффективный обогрев, а также произвести энергетическое обследование домов и зданий. Это идеальный способ определить параметры дежурного теплоснабжения промышленного объекта, подразумевающего снижение температуры в нерабочие часы.

Методы вычисления тепловых нагрузок

На сегодняшний день расчет тепловых нагрузок производится при помощи нескольких основных способов, среди которых:

• вычисление теплопотерь с использованием укрупненных показателей;
• определение теплоотдачи установленного в здании отопительно-вентиляционного оборудования;
• вычисление значений с учетом различных элементов ограждающих конструкций, а также добавочных потерь, связанных с нагревом воздуха.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания используется в тех случаях, когда информации о проектируемом объекте недостаточно или требуемые данные не соответствуют действительным характеристикам.

Для проведения подобных вычислений отопления используется несложная формула:

Qmax от.=αхVхq0х(tв-tн.р.) х10-6, где:

• α – поправочный коэффициент, учитывающий климатические особенности конкретного региона, где строится здание (применяется в том случае, когда расчетная температура отличается от 30 градусов мороза);
• q0 - удельная характеристика теплоснабжения, которую выбирают, исходя из температуры самой холодной недели на протяжении года (так называемой «пятидневки»). Читайте также: "Как рассчитывается удельная отопительная характеристика здания – теория и практика ";
• V – наружный объем постройки.

Исходя из вышеприведенных данных, выполняют укрупненный расчет тепловой нагрузки.

Виды тепловых нагрузок для расчетов

При осуществлении расчетов и выборе оборудования во внимание принимают разные тепловые нагрузки:

1. Сезонные нагрузки , имеющие следующие особенности:

   Им присущи изменения в зависимости от температуры окружающего воздуха на улице;
   - наличие отличий в величине расхода тепловой энергии в соответствии с климатическими особенностями региона местонахождения дома;
   - изменение нагрузки на отопительную систему в зависимости от времени суток. Поскольку наружные ограждения имеют теплостойкость, данный параметр считается незначительным;
   - расходы тепла вентиляционной системы в зависимости от времени суток.

2. Постоянные тепловые нагрузки . В большинстве объектов системы теплоснабжения и горячего водоснабжения они используются на протяжении года. Например, в теплое время года расходы тепловой энергии в сравнении с зимним периодом снижаются где-то на 30-35%.
3. Сухое тепло . Представляет собой тепловое излучение и конвекционный теплообмен за счет иных подобных устройств. Определяют данный параметр при помощи температуры сухого термометра. Он зависит от многих факторов, среди которых окна и двери, системы вентиляции, различное оборудование, воздухообмен, происходящий за счет наличия щелей в стенах и перекрытиях. Также учитывают количество людей, присутствующих в помещении.
4. Скрытое тепло . Образуется в результате процесса испарения и конденсации. Температура определяется при помощи влажного термометра. В любом по назначению помещении на уровень влажности влияют:

   Численность людей, одновременно находящихся в помещении;
   - наличие технологического или другого оборудования;
   - потоки воздушных масс, проникающих сквозь щели и трещины, имеющиеся в ограждающих конструкциях здания.

Регуляторы тепловых нагрузок

В комплект современных котлов промышленного и бытового назначения входят РТН (регуляторы тепловых нагрузок). Эти устройства (см. фото) предназначаются для поддержки мощности теплоагрегата на определенном уровне и не допускают скачков и провалов во время их работы.

РТН позволяют экономить на оплате за отопление, поскольку в большинстве случаев существуют определенные лимиты и их нельзя превышать. Особенно это касается промпредприятий. Дело в том, что за превышение лимита тепловых нагрузок следует наложение штрафных санкций.

Самостоятельно сделать проект и произвести расчеты нагрузки на системы, обеспечивающие отопление, вентиляцию и кондиционирование в здании, довольно сложно, поэтому данный этап работ, как правило, доверяют специалистам. Правда, при желании можно выполнить вычисления самостоятельно.

Gср - средний расход горячей воды.

Комплексный расчет тепловой нагрузки

Помимо теоретического решения вопросов, касающихся тепловых нагрузок, при проектировании выполняется ряд практических мероприятий. В состав комплексных теплотехнических обследований входит термографирование всех конструкций здания, включая перекрытия, стены, двери, окна. Благодаря данной работе удается определить и зафиксировать различные факторы, оказывающие влияния на потери тепла дома или промышленной постройки.

Тепловизионная диагностика наглядно показывает, каким будет реальный перепад температур при прохождении конкретного количества теплоты через один «квадрат» площади ограждающих конструкций. Также термографирование помогает определить

Благодаря теплотехническим обследованиям получают самые достоверные данные, касающиеся тепловых нагрузок и потерь тепла для конкретного здания в течение определенного временного периода. Практические мероприятия позволяют наглядно продемонстрировать то, что теоретические расчеты не могут показать – проблемные места будущего сооружения.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что расчеты тепловых нагрузок на ГВС, отопление и вентиляцию, аналогично гидравлическому расчету системы отопления, очень важны и их непременно следует выполнить до начала обустройства системы теплоснабжения в собственном доме или на объекте другого назначения. Когда подход к работе выполнен грамотно, безотказное функционирование отопительной конструкции будет обеспечено, причем без лишних затрат.

Видео пример расчета тепловой нагрузки на систему отопления здания: