II. Основные теоретические положения.

II.1. Теплоснабжение.

Для выбора рационального варианта и разработки конструктивных решений принятой схемы теплоснаб­жения конкретного объекта основным исходным показателем является тепловая нагрузка отдельных инженерных устройств всех зданий и технологических потребителей. Тепловую нагруз­ку или расход тепла, определяемые величиной потребления тепла, обычно рассчитывают в следующие характерные проме­жутки времени: час, сутки, месяц, сезон и год. Причем расчет­ным расходом тепла является часовой. По максимальному рас­ходу выбирают тип источника тепла, мощность теплоподготовительного оборудования и коммуникации трубопроводов. В зави­симости от изменения тепловой потребности в течение суток, ме­сяца, сезона и года разрабатывают соответствующие режимы отпуска тепла - эксплуатационные режимы работы теплоснаб­жающих устройств. Кроме того, месячный, сезонный и годовой расходы тепла используют в технико-экономических расчетах при сравнении вариантов систем теплоснабжения.

Максимальные расходы тепла на нужды отопления, венти­ляции и горячего водоснабжения принимают по типовым или индивидуальным проектам соответствующих зданий и сооруже­ний. Расход тепла на технологические нужды учитывают по технологическим проектам, заданных производств. При отсутст­вии аналогичных проектов расчетный расход тепла определяют раздельно для каждого потребителя; В этом случае расходы тепла на технологию указывают в задании на проектирование системы теплоснабжения.

II.1.1. Расчёт потребления 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.

Здания	Объём, тыс.	Тепловая характеристика Вт/( )		Средняя температура
		отопительная	вентиляционная
Жилые	10	0,38	-	18
Административные	10	0,44	0,09	18
Учебные	15	0,38	0,12	16
Школы	5	0,45	0,11	16

Продолжение таблицы 1.

Детские сады, ясли	<5	0,44	0,13	20
Больницы	10	0,42	0,33	20
Театры	30	0,23	0,42	15
Кинотеатры	10	0,35	0,45	14
Столовые	10	0,38	0,76	16
Гаражи	5	0,76	0,81	10
Бани	10	0,29	1,11	25
Прачечные	10	0,38	0,91	15
Магазины	10	0,38	0,09	15
	>10	0,36	0,31	15

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 м² жилой площади при температурах наружного воз­духа 0, -10, -20, -30, -40^оС соответственно равен: 90; 130; 150; 175; 185 Вт/м². 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

, (1)

где - коэффициент, учитывающий теплопотери от инфильтрации; - удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м³·К); - поправочный коэффициент к отопительной характеристике на наружную температуру воздуха; с некоторым округлением можно определять по формуле ; - объём здания по наружному обмеру без подвала, м³; - средняя температура воздуха в отапливаемом здании, ^оС; - температура наружного воздуха, ^оС: 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^оС.

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

, (2)

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, ^оС; 24 -число часов в сутках; температура воздуха в здании в нерабочее время, ^оС.

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,

. (3)

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 A₁Б₁) 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).