3.2. Потребление теплоты на нужды города

3.2.1. Характеристика городских потребителей теплоты

Теплопотребляющие процессы разнообразны и классифицируются по температурному уровню энергоносителей:

• высокотемпературные процессы протекают при температуре выше 400С. Это процессы технологического назначения, в которых в качестве теплоносителя используется перегретый пар от ТЭЦ или котельных;

• среднетемпературные процессы осуществляются при t от 150-400С с использованием пара или горячей воды под давлением;

• низкотемпературные процессы - отопление, вентиляция и горячее водоснабжение с использованием пара и горячей воды.

Потребителями теплоты являются промышленные предприятия и объекты ЖКХ городов. В жилищно-коммунальном секторе теплота необходима для отопления и вентиляции зданий, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения бытовых потребителей.

В первую очередь тепло необходимо для отопления и вентиляции промышленных и гражданских зданий. Это объясняется суровыми климатическими условиями в нашей стране, на большей территории которой продолжительность отопительного сезона составляет от 125 до 300 дней в году с температурой наружного воздуха от +8 до -70С. Поэтому все здания с постоянным пребыванием людей должны иметь специальные системы отопления и вентиляции для поддержания в помещениях температурно-влажностных условий, отвечающих санитарным нормам. Так, например, в холодный период года температура воздуха в жилых помещениях должна быть 18-22^оС при относительной влажности 50-60%. Для этого система отопления должна полностью компенсировать тепловые потери зданий.

Расход теплоты в системах вентиляции и кондиционирования необходим для тепловлажностной обработки наружного воздуха, принудительно подаваемого в вентилируемые помещения. В системах ГВС теплота необходима для нагрева холодной воды, используемой в бытовых процессах. В промышленности теплота используется в различных технологических процессах, например, для производства электроэнергии, осуществления процессов варки, сушки и др.

Тепловые нагрузки систем отопления, вентиляции и кондиционирования носят сезонный характер и зависят от климатических условий. Технологические нагрузки могут быть сезонными и круглогодичными. Нагрузка горячего водоснабжения- круглогодичная Сезонные нагрузки, как правило, имеют сравнительно постоянный суточный график и резко переменный годовой режим потребления теплоты. Круглогодовые нагрузки имеют незначительное сезонное снижение и резко переменный режим в течение суток.

При определении типа и мощности источника теплоснабжения, выборе основного и вспомогательного оборудования котельных и ТЭЦ важно знать величину тепловых нагрузок, режимы теплопотребления и годовые расходы теплоты на нужды города.

3.2.2 Расчетные тепловые нагрузки городских потребителей

Расчетные тепловые нагрузки определяются по проектным данным с учетом фактических эксплуатационных условий. При отсутствии проектных данных максимальные часовые нагрузки системы отопления определяются одним из следующих методов:

• расчетом тепло потерь через элементы ограждающих конструкций и добавочных потерь на нагрев инфильтрационного воздуха

Q_o = (1+) F_i k_i (t_в-t_нр), (3.16)

где  - коэффициент инфильтрации;

F_i, - поверхность теплообмена, м²;

k_i - коэффициент теплопередачи i-ой ограждающей конструкции здания;

t_в, t_нр - температуры воздуха внутри помещений и расчетная температура наружного воздуха для проектирования системы отопления, ^оС;

• расчетом теплопотерь по укрупненным показателям тепловых характеристик здания

Q_o = q_oV_o(t_в-t_нр), (3.17)

где q_o - отопительная характеристика здания, ккал/(м³часград);

V_o - объем здания по наружному обмеру, м³;

t_нр – расчетная температура наружного воздуха для проектирования системы отопления;

 - поправочный коэффициент, учитывающий изменения тепловой характеристики зданий при t_нр-30^оС.

Удельные отопительные характеристики зданий зависят от объема и этажности здания, материала и толщины конструкций ограждений, других факторов и принимаются по справочным данным в пределах 0,3-0,75 ккал/(м³часград). Температуры наружного воздуха принимается по данным многолетних климатических наблюдений.

Расчетная максимально часовая нагрузка систем вентиляции зданий может быть определена:

• по расчетному воздухообмену

Q_в = mV_вc(t_в-t_нр), (3.18)

где m - кратность воздухообмена в вентилируемом помещении, час^-1;

V_в - объем вентилируемого здания, м³;

с - теплоемкость воздуха, ккал/(м³град);

t_нр - расчетная температура наружного воздуха для систем вентиляции, ^оС;

• по расчетной удельной вентиляционной характеристике здания

Q_в=q_вV_в (t_в - t ), (3.19)

где q_в - удельная вентиляционная характеристика задания в зависимости от их назначения принимаются в пределах 0,08-1,0 Ккал/(м³град).

В формулах (3.16) и (3.17) расчетные температуры наружного воздуха принимаются равными:

• для отопления - средней температуре наиболее холодной пятидневки для 8 наиболее холодных зим за последние 50 лет наблюдения (t );

• для проектирования вентиляции - средняя наиболее холодного периода t .

Фактически t > t , что необходимо для снижения расчетного расхода теплоты на вентиляцию:

t = t_в - 0,7 (t_в - t ). (3.20)

Расход теплоты в системах горячего водоснабжения (ГВС) очень неравномерен в течении суток и недели. Он зависит от бытовых условий, уровня благоустройства и сезона года. Среднечасовой расход за неделю (отопительный период) на горячее водоснабжение определяется по формуле:

Q = , (3.21)

где g - суточная норма расхода горячей воды, л;

М - количество единиц потребления, (1 человека, 1 кг белья и т.п.);

t_гв - температура горячей воды, принимается при непосредственном водоразборе из тепловой сети t_гв=65С (открытая схема), а в закрытых схемах (через водоподогреватели) t_гв=55С;

t - температура холодной воды в зимний период, принимают +5С;

Т - число часов работы системы ГВС в течении суток: для жилых зданий Т=24 час, для промышленных предприятий - числу часов зарядки баков аккумуляторов.

Характерными расходами теплоты на горячее водоснабжение являются:

• максимально-часовой для системы теплоснабжения:

Q = (2-2,3) Q , (3.22)

• средний за сутки наибольшего водопотребления (обычно суббота или воскресенье):

Q = 1,4 Q , (3.23)

• летняя нагрузка ГВС жилых и общественных зданий снижается на 17% за счет повышения температуры холодной воды с 5 до 15С:

Q = 0,83Q . (3.24)

Максимальные часовые расходы теплоты на технологические нужды принимаются по проектам производств с учетом несовпадения максимумов расходов теплоты отдельными потребителями. При отсутствии проектов - по укрупненным ведомственным нормам расхода теплоты:

Q_т = q M K_нс, (3.25)

где q - норма расхода теплоты ккал/ед. изм.;

K_нс - коэффициент неодновременности, учитывающий несовпадение во времени максимумов нагрузок отдельных потребителей K_нс=0,9-0,95.

Тепловые нагрузки для расчета и выбора основного оборудования котельных и ТЭЦ следует определять для четырех характерных режимов:

• максимально зимнего - при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления (расчетная тепло производительность);

• наиболее холодного месяца - при средней температуре наружного воздуха за отопительный период;

• летнего, определяемого соответствующими величинами теплоты на технологические нужды и горячее водоснабжение.

Расчетная производительность котельной (ТЭЦ) выбирается по сумме расчетных нагрузок на технологические нужды (Q_т), систем отопления (Q_о), вентиляции (Q_в) и горячего водоснабжения (Q ), с учетом расходов теплоты на собственные нужды (Q_сн) и потерь теплоты в сетях (Q_п=3-7% расчетной тепло производительности):

Q = Q_т+Q_о+Q_в+Q +Q_сн+Q_п. (3.26)

Как правило, отопительно-вентиляционная нагрузка является основным видом тепловой нагрузки в городах. поэтому при построении суммарного графика нагрузки района теплоснабжения к графику отопительно-вентиляционной нагрузки пристраивают графики ГВС и технологической нагрузки.