Расчетные тепловые нагрузки

В системах централизованного тепло­снабжения (СЦТ) по тепловым сетям пода­ется теплота различным тепловым потреби­телям. Несмотря на значительное разнооб­разие тепловой нагрузки, ее можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: 1) сезонная; 2) круглогодовая.

Изменения сезонной нагрузки зависят главным образом от климатических усло­вий: температуры наружного воздуха, на­правления и скорости ветра, солнечного из­лучения, влажности воздуха и т.п. Основ­ную роль играет наружная температура. Се­зонная нагрузка имеет сравнительно посто­янный суточный график и переменный го­довой график нагрузки. К сезонной тепло­вой нагрузке относятся отопление, вентиля­ция, кондиционирование воздуха. Ни один из указанных видов нагрузки не имеет круг­логодового характера. Отопление и венти­ляция являются зимними тепловыми на­грузками. Для кондиционирования воздуха в летний период требуется искусственный холод. Если этот искусственный холод вы­рабатывается абсорбционным или эжекционным методом, то ТЭЦ получает дополни­тельную летнюю тепловую нагрузку, что способствует повышению эффективности теплофикации.

К круглогодовой нагрузке относятся технологическая нагрузка и горячее водо­снабжение. Исключением являются только некоторые отрасли промышленности, глав­ным образом связанные с переработкой сельскохозяйственного сырья (например, сахарная), работа которых имеет обычно се­зонный характер.

График технологической нагрузки зави­сит от профиля производственных предпри­ятий и режима их работы, а график нагруз­ки горячего водоснабжения - от благоуст­ройства жилых и общественных зданий, со­става населения и распорядка его рабочего дня, а также от режима работы коммуналь­ных предприятий - бань, прачечных. Эти нагрузки имеют переменный суточный гра­фик. Годовые графики технологической на­грузки и нагрузки горячего водоснабжения 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 теплопроводов и производственных трубопроводов.

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

В том случае, когда при проектировании установок централизованного теплоснаб­жения отсутствуют данные о расчетных расходах теплоты, основанных на проектах теплопотребляющих установок абонентов, расчет тепловой нагрузки проводится на ос­нове укрупненных показателей. В процессе эксплуатации значения расчетных тепло­вых нагрузок корректируют по действительным расходам. С течением времени это дает возможность установить проверенную тепловую характеристику для каждого по­требителя.

Сезонная нагрузка

Основная задача отопления заключается в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплоприто-ком. Условие теплового равновесия здания может быть выражено в виде равенства

(4)

где Q – суммарные тепловые потери зда­ния; Q_T – теплопотери теплопередачей че­рез наружные ограждения; Q_H – теплопо­тери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха; Q_o – подвод теплоты в здание через отопи­тельную систему; Q_TB – внутренние тепло­выделения.

Тепловые потери здания в основном за­висят от первого слагаемого Q_r Поэтому для удобства расчета можно тепловые поте­ри здания представить так:

(5)

где μ= Q _и /Q_T – коэффициент инфильтра­ции, представляющий собой отношение теп-лопотерь инфильтрацией к теплопотерям те­плопередачей через наружные ограждения.

Источником внутренних тепловыделе­ний Q_ТВ, в жилых зданиях являются обычно люди, приборы для приготовления пищи (газовые, электрические и другие плиты), осветительные приборы. Эти тепловыделе­ния носят в значительной мере случайный характер и не поддаются никакому регули­рованию во времени.

Кроме того, тепловыделения не распре­деляются равномерно по зданию.

Для обеспечения в жилых районах нор­мального температурного режима во всех отапливаемых помещениях обычно уста­навливают гидравлический и температур­ный режим тепловой сети по наиболее не­выгодным условиям, т.е. по режиму отопле­ния помещений с нулевыми тепловыделе­ниями (Q_TB = 0).

Для предупреждения существенного по­вышения внутренней температуры в поме­щениях, в которых внутренние тепловыде­ления значительны, необходимо периоди­чески выключать часть отопительных при­боров или снижать расход теплоносителя через них.

Качественное решение этой задачи воз­можно лишь при индивидуальной автомати­зации, т.е. при установке авторегуляторов непосредственно на нагревательных прибо­рах и вентиляционных калориферах.

Источник внутренних тепловыделений в промышленных зданиях – тепловые и си­ловые установки и механизмы (печи, суши­ла, двигатели и др.) различного рода. Внут­ренние тепловыделения промышленных предприятий 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, Дж/с или ккал/ч, мо­гут быть определены расчетным путем по формуле

(6)

где F - площадь поверхности отдельных наружных ограждений, м; к - коэффици­ент теплопередачи наружных ограждений, Вт/(м² • К) или ккал/(м² • ч • °С); Δt - раз­ность температур воздуха с внутренней и наружной сторон ограждающих конст­рукций, °С.

Для здания объемом по наружному измерению V, м, периметром в плане Р, м, площадью в плане S, м, и высотой L, м, уравнение (6) легко приводится к фор­муле, предложенной проф. Н.С. Ермолае­вым:

(7)

где к_с, к_0К, к_пл, к_пт - коэффициенты тепло­передачи стен, окон, пола нижнего этажа, потолка верхнего этажа; φ - коэффициент остекления, т.е. отношение площади окон к площади вертикальных ограждений (стен); Ψ₁ и Ψ₂ -поправочные коэффици­енты на расчетный перепад температур для верхнего и нижнего горизонтальных ограж­дений здания; t_B - усредненная температу­ра внутреннего воздуха отапливаемых по­мещений, °С; t_H - температура наружного воздуха, °С.

Для определения расчетного расхода те­плоты на отопление в (7) принимают t_B = t_в.р., где t_в.р - усредненная расчетная температура внутреннего воздуха в отапли­ваемых помещениях.

Ниже приведены рекомендуемые сани­тарными нормами значения t_в.р, °C, для зда­ний разного назначения:

Назначение здания Жилые здания, гостиницы, общежития, административные здания. +18

Учебные заведения, общеобразователь­ные школы, школы-интернаты, предприятия общественного питания, клубы, дома культуры +16

Театры, магазины, прачечные, пожар­ные депо +15

Кинотеатры. +14

Гаражи +10

Детские ясли-сады, поликлиники, амбу­латории, диспансеры, больницы +20

Бани +25

Вентиляция

Расход теплоты на венти­ляцию предприятий, а также обществен­ных зданий и культурных учреждений со­ставляет значительную долю суммарного теплопотребления объекта. В производст­венных предприятиях расход теплоты на вентиляцию часто превышает расход на отопление.

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

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

где Q_B - расход теплоты на вентиляцию; т - кратность обмена воздуха, 1/с или 1/ч; V_в - вентилируемый объем здания, м; с_в - объемная теплоемкость воздуха, рав­ная 1,26 кДж/(м³-К) = 0,3 ккал/(м³ • °С); t_в.п. -температура нагретого воздуха, пода­ваемого в помещение, °С; t _н - температура наружного воздуха, °С.

Для удобства расчета данную формулу приводят к виду

где q_В - удельный расход теплоты на вен­тиляцию, т.е. расход теплоты на 1 м³ вентилируемого здания по наружному обмеру и на 1 °С разности между усредненной рас­четной температурой воздуха внутри венти­лируемого помещения и температурой на­ружного воздуха; V - наружный объем вен­тилируемого здания; t_в - усредненная внутренняя температура, °С.

Для снижения расчетного расхода теп­лоты на вентиляцию минимальная наруж­ная температура, по которой рассчитывают­ся вентиляционные установки, t_н.в., прини­мается, как правило, выше расчетной тем­пературы для отопления t_н.о.. По действую­щим нормам расчетная температура наруж­ного воздуха для проектирования вентиля­ции определяется как средняя температура наиболее холодного периода, составляюще­го 15 % продолжительности всего отопи­тельного периода. Исключением являются только промышленные цехи с большим вы­делением вредностей, для которых t_н.в. при­нимается равной t_н.о.

Расчетный расход теплоты на венти­ляцию

где t_в.р. - усредненная расчетная внутрен­няя температура, °С.

Когда температура наружного воздуха становится ниже t_в.р, расход теплоты на вентиляцию не должен выходить за преде­лы расчетного расхода.

Суммарная сезонная тепловая нагруз­ка

Отопительная нагрузка имеет, как пра­вило, круглосуточный характер. При неиз­менных наружной температуре, скорости ветра и облачности отопительная нагрузка жилых зданий практически постоянна. Ото­пительная нагрузка общественных зданий и промышленных предприятий имеет непо­стоянный суточный, а часто и непостоян­ный недельный график, когда в целях эконо­мии теплоты искусственно снижают подачу теплоты на отопление в нерабочие часы (ночной период и выходные дни).

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

Суммарный расход теплоты на отопле­ние и вентиляцию по району представляет собой сумму расходов отдельных абонен­тов.