Расход тепла на отопление жилых и общественных зданий.

Расход тепла на отопление жилых и общественных зданий.

Основная задача отопления заключается в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение теплового равновесия здания, то есть равновесия между притоком тепла и тепловыми потерями здания, Вт:

, (1) где Q_о – подвод теплоты в здание через систему отопления; Q_тв – внутренние тепловыделения; Q – тепловые потери здания:

, (2) где Q_т – теплопотери теплопередачей через наружные ограждения; Q_и – теплопотери инфильтрацией из-за поступления в помещение холодного воздуха через неплотности наружных ограждений.

Ориентировочные значения теплопотерь здания, Вт, определяют по формуле:

, (3) где а – поправочный коэффициент для жилых и общественных зданий, определяемый по формуле:

; (4) х – удельная тепловая характеристика здания (удельные теплопотери здания), Вт/(м³× К); V – наружный (то есть по наружному обмеру) объём здания (или его отапливаемой части), м³; t_н – наружная темература, °С; t_в – усреднённая температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений, °С.

Для определения расчётного расхода теплоты на отопление в формуле (3) следует принимать t_в = t_в.р, где t_в.р – усреднённая расчётная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений, значение которой для некоторых помещений приведено в приложении 1.

Удельная тепловая характеристика здания любого назначения может быть определена по формуле, предложенной Н.С.Ермолаевым:

, (5)

где Р – периметр здания в плане, м; S – площадь здания в плане, м²; h – высота здания, м; r_о– коэффициент остекления, то есть отношение площади остекления к площади вертикальных наружных ограждений (то есть отношение площади окон к площади стен); – коэффициенты теплопередачи соответственно стен, окон, потолка верхнего этажа, пола нижнего этажа, Вт/(м²× К); y₁ и y₂ – поправочные коэффициенты на расчётный перепад температур для верхнего и нижнего горизонтальных ограждений здания.

Как правило, y₁ и y₂ < 1, так как температура воздуха на чердаке здания и температура грунта под полом нижнего этажа выше расчётной температуры наружного воздуха. В большинстве случаев y₁= 0, 75¸ 0, 79; y₂ = 0, 5¸ 0, 7.

Как видно из формулы (3), максимальные теплопотери соответствуют минимальному значению t_н, то есть наинизшей наружной температуре. Возникает вопрос, по какой наружной температуре следует определять расчётный расход тепла на отопление. Если этот расход определять по минимальной наружной температуре, когда-либо наблюдавшейся в данной местности, то получатся чрезмерно завышенные мощности тепловых установок, так как минимальная наружная температура имеет, как правило, весьма кратковременный характер.

Поэтому при определении расхода теплоты на отопление исходят не из минимального значения наружной температуры, а из другого, более высокого, так называемого расчётного значения наружной температуры для отопления t_н.о, равной средней температуре наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50-летний период.

Климатологические данные для проектируемого города в зависимости от района строительства принимаются по СНиП 2.01.01-82 “Строительная климатология и геофизика”. Климатологические данные для некоторых городов приведены в приложении 2.

Расход тепла на вентиляцию.

Расход теплоты на вентиляцию жилых зданий (не имеющих, как правило, специальной приточной системы) относительно невелик. Он обычно не превышает 5¸ 10 % расхода теплоты на отопление и учитывается в значении удельной теплопотери здания.

Расход теплоты на вентиляцию коммунальных предприятий, а также общественных зданий и культурных учреждений составляет значительную долю суммарного теплопотребления объекта.

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

Ориентировочный расчёт расхода теплоты на вентиляцию Q_в, Дж/с или ккал\ч, можно проводить по формуле:

, (6) где m – кратность обмена воздуха, 1/с или 1/ч; V_в – вентилируемый объём здания, м³; с _в – объёмная теплоёмкость воздуха, равная 1260 Дж/(м³× К) = 0, 3 ккал/(м³× °С); t_в.п – температура нагретого воздуха, подаваемого в помещение, °С; t_н – температура наружного воздуха, °С.

Для снижения расчётного расхода теплоты на вентиляцию минимальная наружная температура, по которой производится расчёт вентиляционных установок t_н.в принимается, как правило, выше расчётной температуры для отопления t_н.о. По действующим нормам расчётная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции определяется как средняя температура наиболее холодного периода, составляющего 15 % продолжительности всего отопительного периода. Исключением являются промышленные цехи с большим выделением вредных веществ, для которых принимают t_н.в = t_н.о. Значения t_н.в для некоторых городов приведены в приложении 2.

Для удобства формула (6) приведена к виду:

, (7) где q_в – удельный расход теплоты на вентиляцию, то есть расход теплоты на 1 м³ вентилируемого здания по наружному обмеру и на 1 °С разности между усреднённой расчётной температурой воздуха внутри вентилируемого помещения t_в.р = t_в = t_в.п и температурой наружного воздуха:

, (8)

Когда температура наружного воздуха становится ниже t_н.в, расход теплоты на вентиляцию не должен выходить за пределы расчётного расхода. Это достигается сокращением кратности обмена воздуха. Минимальная кратность обмена m_min при наружной температуре t_н.о определяется по формуле:

. (9)

ГОДОВЫЕ РАСХОДЫ ТЕПЛА.

Отопительная нагрузка.

На вертикальной оси откладывается значение суммарной средней часовой нагрузки Q_о.ср отопления жилых и общественных зданий при температуре t _н.о. При повышении температуры наружного воздуха от t _н.о расход тепла на отопление линейно уменьшается от Q_о.ср до нуля (при +18 °С), что отображается на графике соответствующей прямой линией влево.

При проектировании принимается, основная нагрузка системы отопления приходится на период с температурами от t _н.к = +8 °С (начало и окончание отопительного сезона), поэтому при данной температуре зависимость обрывается.

Эксплуатационные наблюдения показывают, что нельзя оставлять жилые и общественные здания (например, школы, больницы, детские сады и т.п.) без отопления в течение продолжительного времени при наружной температуре ниже +10 ¸ +12 °С (так как это приводит к заметному снижению внутренней температуры в помещении и неблагоприятно отражается на самочувствии людей). Об этом необходимо помнить (поэтому линейное уменьшение отопительной нагрузки в интервале температур от +8°С до +18 °С следует изображать пунктирной линией), но в расчётах не принимать во внимание.

Вентиляционная нагрузка.

В интервале температур от t _н.в до t _н.о параллельно горизонтальной оси строится прямая линия, показывающая постоянный (не зависящий от температуры наружного воздуха) максимальный часовой расход тепла на вентиляцию в отопительный период Q_в. По мере повышения температуры наружного воздуха от t _н.в до +18 °С вентиляционная нагрузка пропорционально разности внутренней и наружной температур уменьшается линейно, сходя на нет, когда температура наружного воздуха становится равной расчётной температуре внутри помещений (+18 °С).

Коэффициент теплофикации.

Большую часть отопительного периода тепловая нагрузка покрывается из теплофикационных отборов турбин, а во время сильных холодов для дополнительной выработки тепла используются пиковые котлы ТЭЦ или районных котельных:

, (27) где – расчётная тепловая нагрузка; – расчётная тепловая нагрузка теплофикационных отборов турбин; – пиковая тепловая нагрузка, покрываемая пиковыми котлами самой ТЭЦ и пиковыми котлами районных котельных:

, (28) где – тепловая нагрузка, покрываемая пиковыми котлами ТЭЦ; – тепловая нагрузка, покрываемая районными котельными.

Долю тепла, отбираемого из турбины, показывает коэффициент теплофикации ТЭЦ:

. (29)

Если, например, коэффициент теплофикации равен 0, 5, то это означает, что при максимальной тепловой нагрузке ТЭЦ из отборов турбины покрывается 50 % расчётной тепловой нагрузки.

При определении тепловых производительностей основного подогревателя и пикового котла на ТЭЦ коэффициент теплофикации принимается в пределах 0, 4¸ 0, 7 [Соколов].

Годовые расходы тепла из отборов турбин и пикового котла определяются по графику годового расхода тепла.

Приложение 1.

Усреднённая расчётная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений (по СНиП № 2.04.05-91. «Отопление, вентиляция, кондиционирование» ).

№	Назначение здания	t_в.р, °С
	Жилые здания, гостиницы, общежития, административные здания	+ 18
	Школы, предприятия общественного питания, клубы, дома культуры	+ 16
	Театры, магазины, пожарное депо	+ 15
	Кинотеатры	+ 14
	Гаражи	+ 10
	Детские ясли-сады, поликлиники, больницы	+ 20
	Бани	+ 25

Приложение 2.

Климатологические данные некоторых городов (приняты по СНиП 2.01.01–82 “Строительная климатология и геофизика”).

№	Город	Температура воздуха, °С	Скорость ветра в январе, м/с	Продолжительность отопительного периода, сутки
Абсолютная минимальная	Расчётная для отопления	Расчётная для вентиляции	Средняя
	Архангельск	- 45	- 31	- 19	- 4, 7	5, 9
	Владивосток	- 31	- 24	- 16	- 4, 8	9, 0
	Владимир	- 48	- 28	- 16	- 4, 4	4, 5
	Вологда	- 48	- 31	- 16	- 4, 8	6, 0
	Горький	- 41	- 30	- 16	- 4, 7	5, 1
	Иваново	- 46	- 29	- 16	- 4, 4	4, 9
	Казань	- 47	- 32	- 18	- 5, 7	5, 7
	Ленинград	- 36	- 26	- 11	- 2, 2	4, 2
	Москва	- 40	- 26	- 15	- 3, 6	4, 9
	Мурманск	- 38	- 27	- 18	- 3, 3	7, 5
	Новгород	- 45	- 27	- 12	- 2, 6	6, 6
	Пенза	- 43	- 29	- 17	- 5, 1	5, 6
	Пермь	- 45	- 35	- 20	- 6, 4	5, 2
	Псков	- 41	- 26	- 11	- 2, 0	4, 8
	Череповец	- 49	- 31	- 16	- 4, 3	7, 0

Примечания:

1 Расчётная температура для отопления принята равной средней температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки.

2 Расчётная температура для вентиляции принята равной средней температуре наружного воздуха наиболее холодного периода.

3 Продолжительность отопительного периода принята равной продолжительности периода со средней суточной температурой наружного воздуха равной +8 °С и ниже.

Приложение 3.

(форма 1)

	X I I	…	…	I I	I	№ квартала
					Этажность
					Плотность населения, чел /га
					Площадь квартала f, га
					Число жителей в квартале m, чел
					Жилая площадь F_ж, м²
					кДж/ч
					кДж/ч
					кДж/ч
					кДж/ч
S						кДж/ч
						кДж/ч
S						кДж/ч
S						кДж/ч
S						кДж/ч
S						кДж/год
S						кДж/год
S						кДж/год
	S + S + S , кДж/год

Приложение 4.

Укрупнённые показатели максимального теплового потока на отопление жилых зданий q_о, Вт/м² (по СНиП 2.04.07-86* «Тепловые сети»).

Характеристика зданий	Этажность	Температура проектирования отопления t_н.о, °С
- 5	- 10	- 15	- 20	- 25	- 30	- 35	- 40	- 45	- 50	- 55
Постройка до 1985 г.
Без внедрения энерго-сберегающих мероприятий	1-2
3-4
³ 5
С внедрением энерго-сберегающих мероприятий	1-2
3-4
³ 5
По новым типовым проектам	Постройка после 1985 г.
1-2
3-4
³ 5

Приложение 5.

Укрупнённые показатели среднего теплового потока на горячее водоснабжение , Вт/чел (по СНиП 2.04.07-86* “Тепловые сети”).

Норма расхода горячей воды t_г = +55 °С, л/чел	Здание
с горячим водоснабжением	с гор. водоснаб. с учётом потребления в обществ. зданиях	без гор. водоснаб. с учётом потребления в обществ. зданиях