Определение тепловых нагрузок. Отопление. Вентиляция.

По характеру протекания во времени тепловая нагрузка бывает:

1) сезонная;

2) круглогодичная.

Изменения сезонной нагрузки зависят 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 (отопление, вентиля­ция, кондиционирование воздуха).

К круглогодичной нагрузке относятся технологическая нагрузка и гвс.

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. Данная нагрузка имеет переменный суточный график и переменный годовой.

Отопление

Основная задача отопления -это поддержание внутренней температуры помещений на заданном уровне.

Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком.

Условие теплового баланса здания может быть выражено в виде равенства

где Q — суммарные тепловые потери зда­ния;

Q_T — теплопотери теплопередачей че­рез наружные ограждения;

Q_и — теплопо­тери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха;

Q₀ —подвод теплоты в здание через отопи­тельную систему;

Q_тв— внутренние тепло­выделения.

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

где m= Q_и/Q_т; — коэффициент инфильтра­ции, представляющий собой отношение теплопотерь инфильтрацией к теплопотерям те­плопередачей через наружные ограждения.

Для жилых и общественных зданий μ=3-6%, для производственных зданий с большой площадью остекления, отдельно стоящие здания μ=25-30%.

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 случайный характер и не поддаются никакому регули­рованию во времени.

Для жилых и общественных зданий в расчетах Q_TB = 0.

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

где F — площадь поверхности отделы;

k – коэффициент теплопередачи наружных ограждений;

Dt – разность температур воздуха с внутренней и наружной сторон ограждающих конструкций.

Чаще всего теплопотери теплопередачей при предпроектных проработках определяют по укрупненным показателям с учетом инфильтрации:

где q_ov – удельные теплопотери здания

V – кубатура здания по внешнему обмеру

tв – расчетная внутренняя температура

tно – расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления (принимается как средняя температура наиболее холодной пятидневки из 8 наиболее холодных зим за последние 50 лет).

Удельные теплопотери жилых и обще­ственных зданий могут быть определены по формуле

где a= 1,85 Дж/(м²'⁵ • с • К) = 1,72 ккал/(м^2,5 • ч • °С).

Инфильтрация наружного воздуха в по­мещениях происходит под действием пере­пада (разности) давлений на внутренней и наружной пов-ти стены.

где Dр_г и D р_в — гравитационный и ветро­вой перепады давлений, Па,

Теплопотери с инфильтрацией

где F – площадь суммарного сечения неплотностей в наружных ограждениях;

с_в – объемная теплоемкость воздуха.

w - скорость ветра

Коэффициент инфильтрации

μ=bw, где b = c_BF/q_ovV— постоянная инфильтра­ции, с/м.

Значение постоянной инфильтрации, должно определяться опытным путем. При отсутствии опытных данных можно для ори­ентировочных расчетов принимать следую­щие значения, м/с:

А) Для отдельно стоящих промыш­ленных зданий с большими све­товыми проемами (35—40)10^-3

Б) Для жилых и общественных зда­ний с двойным остеклением при сплошной застройке кварталов (8—10)10^-3

Расчетными теплопотерями называются теплопотери при расчетной наружной тем­пературе t_но. Рас­четные теплопотери здания с учетом ин­фильтрации:

При отсутствии данных о типе застройки и наружном объеме жилых и общественных зда­ний строительными нормами и правилами СНиП II 04.07.86 «Тепловые сети» реко­мендуется определять расчетный расход тепло­ты на отопление жилых и общественных зданий по формуле

где q₀ - укрупненный показатель максимального расхода теплоты на отопление I м² площади жилых зданий, Вт/м [Дж/(с • м )];

А — общая площадь жилых зданий, м² ;

К₁ — коэффициент, учитывающий расход те­плоты на отопление общественных зданий. При отсутствии данных рекомендуется принимать К_} = 0,25.

Для экономного использования топлива весьма важное значение имеет выбор начала и конца отопительного сезона. Начало и конец отопительного сезона для жилых и общест­венных зданий обычно регламентируются мест­ными органами власти.

Действующими в нашей стране строитель­ными нормами и правилами продолжительность отопительного периода определяется по числу дней с устойчивой среднесуточной температу­рой +8 °С и ниже. Эту наружную темпера­туру обычно считают началом и концом отопительного периода t_нк = 8 °С.

Начало и конец отопительного сезона для промышленных зданий опреде­ляются наружной температурой, при кото­рой теплопотери через наружные огражде­ния делаются равными внутренним тепло­выделениям. Так как тепловыделения в промышленных зданиях значительны, то в большинстве случаев длительность отопи­тельного сезона для промышленных зданий короче, чем для жилых и общественных. Среднесуточная температура наружного воздуха, соответствующая началу и концу отопительного сезона промышленных зда­ний с большими внутренними тепловыделе­ниями, может быть найдена по формуле

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;

m — кратность обмена воздуха, 1/с или 1/м;

V_в — вентилируемый объем здания, м³;

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 предварительных расчетов при разработке системы теплоснабжения тепловую нагрузку можно определить по укрупненным показателям

где q_в — удельный расход теплоты на вен­тиляцию, т.е. расход теплоты на 1м³ 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.

В диапазоне температур tнв<tн<tно расход теплоты на вентиляцию остается постоянным и это достигается снижением кратности воздухообмена. Минимальная кратность обмена :

где т — расчетная кратность обмена воздуха.

При отсутствии более точных данных расчетный расход теплоты на вентиляцию общественных зданий в соответствии с рекомендацией СНиП определяется:

где К₂ — коэффициент, учитывающий расход те­плоты на вентиляцию общественных зданий; при отсутствии более точных данных рекомендуется принимать для общественных зданий, построен­ных до 1985 г., К₂ = 0,4; после 1985 г. — К₂ = 0,6.

Для регулирования кратности обмена возду­ха в диапазоне температур t_{н в} < t_н <t_но вентиля­ционные установки должны быть оснащены авторегулирующими приборами, тк ручное регули­рование сложно, несовершенно и приводит к пе­рерасходу теплоты.