Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «Производство, транспорт и потребление тепловой энергии» для специальности 1-43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент»

Источником внутренних тепловыделений в гражданских зданиях обычно являются люди, бытовые тепловыделения, бытовая техника, осветительные приборы. Эти тепловыделения распределяются по зданию неравномерно и носят случайный характер и во времени не регулируются. В таких зданиях при расчетах тепловыделения часто не учитываются. В промышленных зданиях источниками тепловыделений являются тепловые и силовые установки и механизмы различного рода (печи, сушилки, двигатели и др.). Эти тепловыделения довольно устойчивы и часто составляют существенную долю расчетной отопительной нагрузки, поэтому они должны учитываться при разработке режима теплоснабжения промышленных районов.

При отсутствии внутренних тепловыделений (Qтв = 0) мощность системы отопления равна суммарным теплопотерям здания, которые в основном зависят от теплопотерь теплопередачей через наружные ограждения Qт:

Qо = Qт + Qи = Qт(1 + Qи/Qт) = Qт (1 + ),

где = Qи/Qт – коэффициент инфильтрации – отношение теплопотерь инфильтрацией к теплопотерям теплопередачей через наружные ограждения.

Для ориентировочных расчетов значения можно принимать: 0,03…0,06

– для жилых и общественных зданий; 0,25…0,30 – для промышленных зданий; 0,15…0,30 – для сельскохозяйственных зданий.

Потери теплопередачей, Вт, через наружные ограждения: Qо = kF(tв – tн)(1 + ),

где k – коэффициент теплопередачи наружных ограждения, Вт/(м2 С); F – площадь поверхности отдельных наружных ограждений, м2;

tв – усредненная (расчетная) температура внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях, С;

tн – температура наружного воздуха, С.

При этом необходимо иметь данные о конструкциях ограждений и их

прохождении через 1 м2 ограждения теплового потока мощностью в 1 Вт. Сопротивление теплопередаче является величиной, обратной коэффициенту теплопередаче: R = 1/k.

На величину основных тепловых потерь Qт и Qи оказывают влияние такие факторы, как ориентация здания по сторонам света, обдувание его ветром, инсоляция, особенности строительной конструкции и др. Возникающие добавочные потери теплоты через ограждающие конструкции принимают в долях от основных потерь, значения которых приведены в ТНПА.

Максимальные потери теплопередачей наблюдаются при минимальной температуре наружного воздуха, которая имеет кратковременный характер. Поэтому, чтобы исключить чрезмерное завышение мощности тепловых

21

установок, определение расхода теплоты на отопление производят по более высокому – расчетному значению наружной температуры для отопления tо, равной средней температуре наиболее холодных пятидневок обеспеченностью

0,92.

Расчетными теплопотерями или расчетными тепловыми нагрузками

называют их значения при расчетной температуре наружного воздуха tо. Для систем отопления расчетные значения совпадают с максимальными.

Расчетные параметры воздуха (наружного и внутреннего) приведены в ТНПА. При определении расчетного расхода теплоты на отопление значение температуры внутреннего воздуха принимают tв = ti, где ti – усредненная расчетная температура внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях.

С учетом расчетных температур внутреннего и наружного воздуха тепловая нагрузка на отопление определяется по формуле

Qоmax = kF(ti – to)(1 + ),

где ti и to – расчетные температуры соответственно внутреннего и наружного воздуха, С.

Этот метод определения тепловой нагрузки не сложен, но требует значительных затрат времени, т.к. в формулы входят величины, значения которых в основном приходится выбирать из справочной литературы с учетом проектных данных. Для упрощений расчетов вводят укрупненный показатель – потерю теплоты через наружные ограждения при разности внутренней и наружной температур 1 С относят к 1 м3 наружного объема здания V:

qо = kF/V.

Эта величина называется удельной теплопотерей здания (или тепловой отопительной характеристикой здания), qo, Вт/(м3 К). Значения отопительной характеристикой здания приведены в справочной литературе:

Тогда тепловая нагрузка на отопление с учетом отопительной характеристики здания может быть определена по формуле

Qоmax = qоV(ti – to)(1+ ).

Определение тепловых нагрузок на вентиляцию. В жилых зданиях,

как правило, имеет место естественная вентиляция с неорганизованным воздухообменом – проветриванием. При естественной вентиляции подача воздуха происходит через открывающиеся фрамуги в окнах, вентиляционносветовые фонари, удаление – через специальные вентиляционные каналы в стенах. Естественная вентиляция дешева и проста. Недостаток – приточный воздух поступает без подогрева и очистки, а удаляемый не очищается и загрязняет атмосферу. В общественных и промышленных зданиях предусматривается механическая (принудительная) вентиляция за счет работы вентиляционных агрегатов. При этом система вентиляции включает

22

оборудование и устройства для забора наружного воздуха, его обработки, транспортирования и раздачи по помещениям, а также для удаления отработавшего воздуха. В холодный и переходный периоды года чтобы не вызывать понижения внутренней температуры, свежий (приточный) воздух предварительно нагревают до внутренней температуры данного помещения. Нагревание приточного воздуха в системах механической вентиляции (рис. 2.10), как правило, осуществляется калориферами – гладкотрубчатыми или ребристыми теплообменными аппаратами с теплоносителем водой, паром, электроэнергией.

Рисунок 2.10 – К определению тепловых нагрузок на вентиляцию

Расхода теплоты на вентиляцию, Вт, определяется по формуле

Qв = Gв свt = m Vв св(tв – tн),

где Qв – расход теплоты на вентиляцию;

Gв – расход вентиляционного воздуха, м3/с;

св – объемная теплоемкость воздуха, равная 1,26 кДж/(м3 К); m – кратность воздухообмена, m = Gв/Vв, 1/с;

Vв – вентилируемый объем здания, м3;

tв – температура нагретого воздуха, подаваемого в помещение, С; tн – температура наружного воздуха, С.

Величина кратности воздухообмена зависит от назначения помещения и вентиляции (приточная или вытяжная), от интенсивности процесса загрязнения воздуха в помещении; ее значения приводятся в ТНПА и справочной литературе. При ориентировочных расчетах для упрощения расчета вводят укрупненный показатель – удельный расход теплоты на вентиляцию (вентиляционная характеристика здания), qv, Вт/(м3 С) –

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:

qв = mсвVв/V,

где V – наружный объем вентилируемого здания, м3.

23

Максимальная тепловая нагрузка на вентиляцию соответствует расчетной температуре наружного воздуха tv для проектирования вентиляции, которая принимается равной средней температуре наружного воздуха холодного периода обеспеченностью 0,94:

Qvmax = qв V (ti – tv).

При температурах наружного воздуха ниже расчетной tv тепловая нагрузка не изменяется, используется рециркуляция воздуха.

Определение тепловых нагрузок на горячее водоснабжение. Для всех расчетов по расходам теплоты горячего водоснабжения исходным является cредненедельный расход теплоты (средненедельная тепловая нагрузка), Вт, бытового горячего водоснабжения, определяемый по формуле

где a – норма расхода воды на ГВС при температуре 55 С на 1 потребителя, л/сут;

55 – температура горячей воды, С;

tх – температура холодной воды, при отсутствии данных ее принимают 5 С в отопительный период и 15 С в летний период;

nс – расчетная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение, с/сут (или смену);

1,2 – коэффициент, учитывающий остывание горячей воды в абонентских системах ГВС (циркуляционные и др. внутренние трубопроводы);

с – удельная теплоемкости воды, принимаемая в расчетах 4,187 кДж/(кг С);

m – число потребителей.

Особенностью горячего водоснабжения является неравномерность потребления горячей воды (рис. 2.11), которую при определении тепловых нагрузок учитывают коэффициенты неравномерности.

Рисунок 2.11 – Графики неравномерности потребления горячей воды: суточный график расхода горячей воды в жилом доме (а);

график потребления горячей воды по часам суток и дням недели (б)

24

Рисунок 2.13 – Годовой график тепловой нагрузки: 1 – расход тепла на отопление жилых и общественных зданий; 2 – на отопление производственных помещений; 3 – на вентиляцию общественных зданий; 4 –на вентиляцию производственных помещений; 5 – на ГВС и технологические нужды; 6 – суммарный график расхода тепла; 7 – график тепловой нагрузки за отопительный период; 8 – нагрузка летнего периода

Сначала строят график изменения расхода тепла на отопление жилых и общественных зданий в зависимости от наружной температуры. Для этого на оси ординат откладывают суммарный максимальный расход тепла на отопление этих зданий и найденную точку соединяют прямой с точкой, соответствующей температуре наружного воздуха, равной усредненной расчетной внутренней температуре гражданских зданий tв = 18 °С. Так как начало отопительного сезона принято при tн = 8 °С, поэтому линия 1 графика до этой температуры показана пунктиром.

Расход тепла на вентиляцию общественных зданий представляет собой наклонную прямую 3 от tв = 18 °С до расчетной вентиляционной температуры tнв для данного климатического района. При более низких температурах к приточному наружному воздуху подмешивается воздух помещения, т.е. осуществляется рециркуляция, а расход тепла остается неизменным (график проходит параллельно оси абсцисс).

Расходы тепла на ГВС и технологические нужды не зависят от tн и

проводятся, как прямая 5.

Для построения общего графика (суммарного) складываются все расходы тепла: ΣQ0+ ΣQв +ΣQгв +ΣQт.

Вправо по оси абсцисс откладывают для каждой наружной температуры число часов отопительного периода, в течение которых наблюдается наружная температура, равная или ниже той, для которой производится построение (используются климатические данные местности, где расположен

30