Тепловая мощность системы горячего водоснабжения

В соответствии с [49], максимальные тепловые потоки на горячее во­доснабжение, так же, как и максимальные тепловые потоки на отопление и вентиляцию жилых, общественных и производственных зданий, следует принимать при проектировании тепловых сетей по соответствующим про­ектам.

При отсутствии проектов допускается определять тепловые потоки на основании дополнительно проводимых расчетов.

Средние тепловые потоки на горячее водоснабжение зданий, согласно [49], следует определять по нормам горячей воды в соответствии со СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий».

Для большинства жилых, промышленных и общественных зданий об­щая годовая потребность в тепловой энергии на подогрев воды составляет 10-30% потребности энергии на отопление. Однако в ряде зданий (бани, прачечные, цехи мойки деталей и т. п.) потребность в горячей воде на­столько велика, что на ее подогрев затрачивается тепловой энергии больше, чем на отопление. Особенность эксплуатационного режима работы систем горячего водоснабжения заключается в том, что расход воды, разбираемой из системы, не является постоянным в течение суток или рабочей смены. Он изменяется в широких пределах и зависит от числа и продолжительно­сти одновременного действия водоразборных точек.

Неравномерность режима работы наблюдается не только по часам су­ток, но и по дням недели. В частности, в жилых зданиях максимальный расход горячей воды, а следовательно, и наибольший часовой расход теп­ловой энергии зарегистрирован в утренние и вечерние часы (рис. 2.3,а). В часы максимального водопотребления расход тепловой энергии в несколь­ко раз превышает среднечасовой за сутки, а в ночное время (от 0 до 6 ча­сов) расход незначителен и составляет всего 4% среднечасового. Исследо­вания, проведенные А.В. Хлудовым, показали, что наибольший расход го­рячей воды отмечается в предпраздничные дни. Здесь пиковая нагрузка превышает среднечасовую более чем в три раза, а продолжительность ее в два раза больше, чем в выходной день.

При проектировании тепловых сетей расчетный расход тепловой энер­гии на подогрев воды принимают или максимальный, или среднечасовой. Выбор в данном случае определяется расходом и температурой потребляе­мой воды в единицу времени, продолжительностью пиковой нагрузки, а также требованиями, предъявляемыми к надежности и качеству теплоснаб­жения данного объекта. Для работы системы с минимальным расходом требуется более мощное оборудование, которое в часы уменьшения пико­вой нагрузки работает с пониженным КПД.

При проектировании теплоснабжения от крышных котельных (см. п.4.7) тепловая мощность системы горячего водоснабжения определяется не по максимальному, а по среднечасовому значению. Это становится воз­можным благодаря использованию режима связанного регулирования, при котором в случае прохождения пика горячего водоснабжения часть теплоты системы отопления временно используется на горячее водоснабжение. При этом имеется в виду то обстоятельство, что температурный режим в здании практически не изменяется за счет аккумулирующей способности ограж­дающих конструкций и системы. Возможно также применение баков-аккумуляторов для горячей воды.

В целях повышения экономичности системы теплоснабжения крупных потребителей, имеющих в сутки сравнительно небольшую продолжитель­ность пиковой нагрузки, за расчетный расход принимают среднечасовой. При этом в системе теплоснабжения предусматриваются специальные уст­ройства, позволяющие без ухудшения качества снабжения горячей водой сократить расчетный расход и довести его до среднечасового. Например, при установке баков-аккумуляторов снижается пиковая нагрузка и соответствен­но уменьшаются мощность теплогенераторов, диаметры трубопроводов и связанные с этим капитальные и эксплуатационные затраты. Объем бака-аккумулятора G_ак установленного у потребителя, определяется по линии подачи 1 и по интегральной кривой расхода горячей воды 2 (рис. 2.3,6).

При определении расчетного расхода тепловой энергии, необходимой для подогрева воды, учитывают следующие факторы: норму водопотребления, начальную и конечную температуры нагреваемой воды, а также режим работы системы горячего водоснабжения в течение суток или рабочей смены. Норма водопотребления и конечная температура нагреваемой воды устанавливаются соответствующими нормативными документами или технологическими требо­ваниями производственных процессов. Так, согласно СНиП 2.04.01-85 «Горя­чее и холодное водоснабжение», для зданий различного назначения заданы нормы расхода горячей воды на бытовые нужды и ее конечная температура, равная 55°С. Температура воды в местах водоразбора зависит от способа при­соединения системы горячего водоснабжения к тепловым сетям: при открытых системах теплоснабжения (см, п. 3.1) - не ниже 60°С; при закрытых - не ниже 50°С; для систем местного горячего водоснабжения - не ниже 60°С. При этом максимальная температура не должна превышать 75°С. Температуру холодной воды t_x определяют для каждого объекта по фактическим данным источника водоснабжения. При отсутствии таких данных ее принимают в зависимости от времени года: в холодный период, т.е. в течение отопительного сезона t_x =

5°С, в теплый- t_x = 15°С.

Если конечная температура подогреваемой воды отличается от 55°С, то для определения нормы расхода воды при любой температуре использу­ют формулу:

(2.23)

где а₅₅ - норма расхода воды при температуре 55 С на единицу водопо-требления; t_x.з и t_r - соответственно начальная и конечная температура подогреваемой воды для конкретных условий.

Тепловые затраты на подогрев определяют по расходу воды в течение часа, суток или рабочей смены наибольшего водопотребления. При этом различают потребителей с равномерным и неравномерным потреблением горячей воды в течение суток.

Для зданий с неравномерным водопотреблением (жилые дома, гости­ницы, больницы и т.п.) расчетным является или среднечасовой расход

(2.24)

или максимальный часовой

(2.25)

где с - удельная теплоемкость подогреваемой воды при средней темпера­туре; а - норма расхода воды на единицу водопотребления (см. табл. 2. 7); р -плотность воды при средней температуре; m - число жителей или еди­ниц водопотребления; t_Г и t_xз - температура воды за нагревателем и перед ним; т_р - число часов работы системы горячего водоснабжения в сутки

или рабочую смену; k - коэффициент часовой неравномерности, прини­маемый по нормам проектирования систем горячего водоснабжения в зави­симости от назначения зданий.

Укрупненные показатели среднего теплового потока на горячее водоснабжение q_h,

Для зданий с равномерным потреблением воды в течение суток или рабочей смены (прачечные, предприятия с потреблением воды на техноло­гические нужды) среднечасовой и максимальный расходы тепловой энер­гии являются одинаковыми, т.е.:

(2.26)

Если систему теплоснабжения проектируют на заданную численность населения для новых городов и рабочих поселков, то среднечасовой расход тепловой энергии на горячее водоснабжение определяют по укрупненному показателю q_h одновременно для жилых и общественных зданий:

(2.27)

Согласно [49], укрупненные показатели среднего теплового потока на горячее водоснабжение q_h определяются в соответствии с данными табл. 2. 6.

Средний тепловой поток на горячее водоснабжение в неотопительный период нормами [49] предлагается определять по формуле:

(2.28)

где В₁ - коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горя­чее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному периоду, принимаемый при отсутствии данных для жилищно-коммунального сектора равным 0,8 (для курортных и южных городов В₁ = 1,5), для предприятий

В₁=1,0.

Тепловая энергия, необходимая для подогрева воды, расходуется в те­чение всего года. С учетом отключения системы горячего водоснабжения на ремонт годовое число суток ее работы принимают равным 350. В связи с тем, что температура исходной водопроводной воды, поступающей на по­догрев, в зимний и летний периоды года различна, то соответственно тре­буется и различное количество тепловой энергии. Годовую потребность тепловой энергии определяют по суточному расходу для двух периодов:

- зимнего со среднесуточной температурой наружного воздуха t_н < 8 или 10°С

(2.29)

- летнего со среднесуточной температурой наружного воздуха t_н > 8 или 10°С

(2.30)

где и - число однородных потребителей; g_и.с - норма расхода горячей во­ды однородными потребителями; т_ге - число часов работы горячего водо­снабжения в сутки; Q_п и Q_ц- соответственно потеря теплоты подающи­ми и циркуляционными трубопроводами системы горячего водоснабжения. Ориентировочно слагаемое т_гв(Q_п+Q_ц) равно 20-25% суточного расхода.

Температуру воды t_г в местах водоразбора принимают равной 50-

75°С в зависимости от требований технологии. Если в справочной литера­туре приведена только норма расхода воды за один час, то расход воды в сутки рекомендуется принимать, исходя из фактического числа часов рабо­ты водоразборных приборов с максимальным расходом:

(2.31)

где g_и.с - норма расхода горячей воды в час наибольшего водопотребления; т_с - число часов работы приборов в сутки.

Годовое потребление тепловой энергии на горячее водоснабжение можно определить по формуле:

(2.32)

Нормы расхода горячей воды за средние сутки отопительного периода а₅₅,

кг/сут, на единицу пропускной способности или вместимости зданий различных групп при t_p= 55°C и разной оснащенности водоразборными приборами по нормам [14] и соответствующие значения коэффициентов неравномерности К_суми K_ч

Примечания.

1. Нормы расхода горячей воды соответствуют средней температуре воды в водоразборных стояках систем горячего водоснабжения 55°С.

2. Нормы расхода горячей воды в общественных зданиях включают этот
расход на обслуживающий персонал, посетителей и уборку помещений.

3. Нормы расхода горячей воды в производственных зданиях и их бы­
товых помещениях не включают эти расходы на душевые установки, кото­
рые следует определять дополнительно по табл. 2.8.

Графически годовое потребление тепловой энергии на горячее водо­снабжение представляет прямую линию, параллельную оси абсцисс, 1-2 или 3-4 (см. рис. 2.3,в) как в зимний (наибольшее потребление), так и в летний периоды. Условно принимают, что потребление теплоты между летним и зимним периодами изменяется скачкообразно, одновременно с наступлением отопительного сезона, т.е. когда t_H= 8 или 10° С и ниже.

Площадь, ограниченная осью абсцисс и линией 0-1-2-3-4-5, представляет годовую потребность тепловой энергии, которую учитывают при разработ­ке режима работы системы теплоснабжения объекта.

Норма расхода горячей воды за средние сутки отопительного периода на единицу пропускной способности или вместимости зданий различных групп может приниматься в соответствии с табл. 2.7 и 2.8 с последующим суммированием значений произведений (та₅₅) по всем группам.

Нормы расхода горячей воды на одну процедуру или один водоразборный прибор для зданий различных групп при t_Р= 55°C [14]

Исходя из приведенных в п. 2.2. типичных средних значений суммар­ного объема общественных зданий для городов с различной численностью населения, для укрупненных расчетов можно пользоваться примерными интервалами значений:

- малые города с численностью населения до 20 тыс. чел. - от 3 до
5 кг/(сут. чел.);

- то же, с численностью населения 20-50 тыс. чел. - от 4 до 7 кг/(сут. чел.);

- средние города с численностью населения 50-100 тыс. чел. - от 14 до
18 кг/(сут. чел.).

При определении показателей для конкретного значения численности населения следует аппроксимировать справочные данные, представленные интервалами.

Значения коэффициентов часовой К_ч и суточной К_сут неравномерности могут быть найдены из табл. 2.7 и 2.9.

Значения коэффициента часовой неравномерности K_ч для отдельных жилых зданий иди их групп при различном суммарном количестве жителей [14]

Графики расхода тепловой энергии и воды на горячее водоснабжение: а) часовой; б) интегральный; в) годовой