Глава 2. Определение тепловых и электрических нагрузок автономного источника энергоснабжения
Стр 1 из 2Следующая ⇒ 2.1. Виды теплопотребления и расчеты расходования теплоты По назначению и характеру использования теплоты различают следующие 5 видов теплопотребления или тепловых нагрузок: отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, горячее водоснабжение, технологическая или производственная нагрузка. Коммунально-бытовое теплопотребление – это потребление теплоты для покрытия отопительной, вентиляционной и нагрузки горячего водоснабжения (ГВС) жилых и общественных зданий. Санитарно-техническое теплопотребление – это потребление теплоты для покрытия отопительной, вентиляционной и нагрузки ГВС производственных зданий и цехов. Технологическое теплопотребление – это потребление теплоты для удовлетворения производственно-технологических нужд. По характеру протекания во времени все виды тепловых нагрузок делятся на сезонные и круглогодичные. К сезонной тепловой нагрузке относятся отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха. Отопление, вентиляция являются зимними тепловыми нагрузками. К круглогодовой нагрузке относятся ГВС и технологическая нагрузка. Отопление. Основная задача отопления заключается в восполнении потерь тепла отапливаемых помещений через ограждающие конструкции здания (стены, окна, перекрытия) и поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне [3]. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком. Условие теплового равновесия здания может быть выражено в виде равенства Q = Qт + Qи = Qо + Qтв, (2.1) где Q – суммарные тепловые потери здания; Qт – теплопотери теплопередачей через наружные ограждения; Qи – теплопотери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха; Qо – теплоприток в здание через отопительную систему; Qтв – внутренние тепловыделения.
Тепловые потери здания в основном зависят от первого слагаемого QТ. Поэтому для удобства расчета можно тепловые потери здания представить следующим образом: Q = Qт (1 + μ), (2.2) где μ = Qи/Qт – коэффициент инфильтрации, представляющий собой отношение теплопотерь инфильтрацией к теплопотерям теплопередачей через наружные ограждения. Источником внутренних тепловыделений Qтв в жилых зданиях являются обычно люди, приборы для приготовления пищи (газовые, электрические и другие плиты), осветительные приборы. Эти тепловыделения носят в значительной мере случайный характер и не поддаются никакому регулированию во времени. В случаях если величина Qтв переменная и неопределенная, то ею пренебрегают. Метод расчета по уравнениям теплопередачи. Теплопотери через наружные ограждения, Вт или ккал/ч, могут быть определены расчетным путем по формуле QТ = Σ k∙F∙Δt, (2.3) где F – площадь поверхности отдельных наружных ограждений, м2; k – коэффициент теплопередачи наружных ограждений, Вт/(м2 ∙ К) или ккал/(м2∙ч∙°С); Δt – разность температур воздуха с внутренней и наружной сторон ограждающих конструкций, °С. Для здания объемом V, м3, по наружному измерению периметром в плане Р, м, площадью в плане S, м2 и высотой L, м, теплопотери здания определяются по формуле, предложенной проф. Н.С.Ермолаевым, , (2.4) где kс, kок, kпл, kпт – коэффициенты теплопередачи стен, окон, пола нижнего этажа, потолка верхнего этажа; φ – коэффициент остекления, т.е. отношение площади окон к площади стен; ψ1 и ψ2 – поправочные коэффициенты на расчетный перепад температур для верхнего и нижнего горизонтальных ограждений здания; tв – усредненная температура воздуха внутри отапливаемых помещений, °С; tн – температура наружного воздуха, °С.
Для определения расчетного расхода теплоты на отопление в (2.4) принимают tв = tвр, где tвр – расчетная температура воздуха внутри отапливаемых помещениях. Значения tвр, °С, для зданий разного назначения приведены в табл. 2.1, СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондициониро- вание», п.5.1 и прил. В [4]. В большинстве случаев поправочные коэффициенты ψ1 и ψ2 принимают значения ψ1 = 0,75÷0,9; ψ2 = 0,5÷0,7. При определении расхода теплоты на отопление исходят не из минимального значения наружной температуры, а из другого, более высокого, значения температуры наружного воздуха для расчета систем отопления tно, равной средней температуре 8 наиболее холодных пятидневок, взятых из 8 разных наиболее холодных зим за 50-летний период наблюдений.
Таблица 2.1 Удельные тепловые потери жилых и общественных зданий
В качестве расчетной температуры наружного воздуха для проектирования систем отопления tно в заданном населенном пункте принимают температуру, соответствующую параметрам «Б» для холодного периода года. Значения tно представлены в табл. 2.2 (СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», таблица 1 [5]).
Таблица 2.2 Климатологические данные по некоторым городам РФ
Метод расчета по удельным теплопотерям. Выражение, заключенное в (2.4) в фигурные скобки, представляет собой потерю теплоты теплопередачей через наружные ограждения при разности внутренней и наружной температур 1 °С, отнесенную к 1 м3 наружного объема здания, и называется удельной теплопотерей здания, qо (или отопительной характеристикой здания). Расчетными теплопотерями называются теплопотери при расчетной наружной температуре tно. Расчетные теплопотери здания (расчетная тепловая нагрузка на отопление) с учетом инфильтрации определяется по формуле Qор = qо ּ V (1 + μ) (tвр – tно). (2.5) Значения удельных теплопотерь жилых, общественных и промышленных зданий различного объема и назначения приведены в таблице 2.1. Ими можно пользоваться при ориентировочном расчете нагрузки жилых, общественных и промышленных зданий в климатических районах с tно = - 30 ºC. При других значениях tно к величинам, взятым из табл. 2.1, следует ввести поправочный коэффициент β.
Удельную отопительную характеристику здания qо, ккал/ м3 ч°С (кДж/м3ч°С), при отсутствии этого значения в таблице 2.1, можно определить по формуле , (2.6) где а = 1,66 ккал/м2,83ч°С = 1,85 кДж/м2,83ч°С; n = 6 - для зданий строительства до 1985 г.; а = 1,3 ккал/м2,875ч°С = 1,52 кДж/м2,875ч°С; n = 8 - для зданий строительства после 1985 г. Для жилых и общественных зданий при правильной эксплуатации максимальный коэффициент инфильтрации в большинстве случаев составляет 3÷6 %, что лежит в пределах погрешности расчета теплопотерь. Поэтому для упрощения инфильтрацию не вводят в расчет, т.е. принимают μ = 0. Для учета инфильтрации значение удельных теплопотерь принимают с небольшим запасом [4,5]. Метод расчета по укрупненным показателям. При определении тепловой нагрузки вновь застраиваемых районов и отсутствии данных о типе и размерах, намечаемых к сооружению общественных зданий, можно определить расчетный расход теплоты на отопление жилых и общественных зданий по формуле Qор = ּ А (1 + К1), (2.7) где – укрупненный показатель максимального расхода теплоты на отопление 1 м2 общей площади жилых зданий (значения приведены в табл. 2.3); А – общая площадь жилых зданий, м2; К1 – коэффициент, учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий. При отсутствии данных рекомендуется принимать К1 = 0,25 [6].
Таблица 2.3 Укрупненные показатели максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м2 общей площади q o, Вт
Для экономного использования топлива 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 tнк = +8 °С. Однако эксплуатационные наблюдения показывают, что нельзя оставлять жилые и общественные здания без отопления в течение продолжительного времени при наружной температуре tн ниже +10 ÷ +12 °С, так как это приводит к заметному снижению внутренней температуры в помещении и неблагоприятно отражается на самочувствии населения. Переход от директивной экономики к рыночной в принципе снимает какие-либо ограничения в назначении продолжительности отопительного периода. Эту продолжительность (начало и конец) определяет потребитель тепловой энергии. В то же время для энергоснабжающей организации важно знать продолжительность периода, в течение которого будет иметь место спрос на теплоту. Такой спрос на теплоту должен определяться, как правило, на основании многолетних статистических данных с учетом прогноза роста (снижения) присоединенных к тепловым сетям тепловых нагрузок. Вентиляция. Назначением вентиляции является поддержание в здании нормального состояния воздушной среды путем нагнетания в него чистого атмосферного воздуха и удаления из помещений вредных выделений производства, избыточных тепловыделений и влаги. 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. Метод расчета расхода теплоты на вентиляцию по кратности воздухообмена и по удельным вентиляционным характеристикам. Ориентировочный расхода теплоты на вентиляцию, Вт или ккал/ч, можно определить по формуле Qв = m ּ Vв ּ Cв (tвп – tн), (2.8) где m – кратность обмена воздуха, 1/с или 1/ч; VВ - вентилируемый объем здания, м3; Cв – объемная теплоемкость воздуха, Cв = 1,26 кДж/(м3 ∙К) = 0,3 ккал/(м3 ∙°С); tвп – температура нагретого воздуха, подаваемого в помещение, °С; tн – температура наружного воздуха, °С. Для удобства расчета формулу (2.8) приводят к виду Qв = qв ּ V (tв – tн), (2.9) где qв – удельный расход теплоты на вентиляцию, т.е. расход теплоты на 1 м3 вентилируемого здания по наружному обмеру при разности между расчетной температурой воздуха внутри вентилируемого помещения и температурой наружного воздуха в 1°С (значения qв приведены в таблице 2.1); V – наружный объем вентилируемого здания; tв – усредненная внутренняя температура, °С. Из сравнения (2.8) и (2.9) следует, что при равенстве температур нагретого воздуха, подаваемого в помещение и температурой воздуха внутри помещения tвп = tв , (2.10) В справочной литературе [6,7] приведены значения удельных расходов теплоты на вентиляцию промышленных, а также служебных и общественных зданий, на основе которых могут быть определены расчетные расходы теплоты на вентиляцию по удельным вентиляционным характеристикам. Для снижения расчетного расхода теплоты на вентиляцию минимальная наружная температура, по которой рассчитываются вентиляционные установки, tнв, принимается, как правило, выше расчетной температуры для отопления tно. По действующим нормам расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции определяется как средняя температура наиболее холодного периода, составляющего 15 % продолжительности всего отопительного периода. Исключением являются только промышленные цехи с большим выделением вредностей, для которых tнв принимается равной tно. Значения расчетных температур наружного воздуха tнв принимаются согласно СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» [4]. Согласно п. 5.10 в качестве расчетной температуры наружного воздуха для проектирования систем вентиляции общественных, административно-бытовых и производственных помещений tнв в заданном населенном пункте принимают температуру, соответствующую параметрам «А» для теплого и параметрам «Б» для холодного периодов года. Согласно п. 5.11 для зданий сельскохозяйственного назначения, если они не установлены строительными или технологическими нормами, в качестве tнв принимают температуру, соответствующую параметрам «А» для теплого и холодного периодов года. Значения tнв представлены в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», таблице 1 [5]. Расчетный расход теплоты на вентиляцию Qвр = qв ּ V (tвр – tнв), (2.11) где tвр – усредненная расчетная внутренняя температура, °С. Когда температура наружного воздуха становится ниже tнв, расход теплоты на вентиляцию не должен выходить за пределы расчетного расхода. Это достигается сокращением кратности обмена. Минимальная кратность обмена mmin при наружной температуре tно определяется по формуле , (2.12) где m – расчетная кратность обмена воздуха. Для регулирования кратности обмена воздуха в диапазоне температур tнв > tн > tно вентиляционные установки должны быть оснащены авторегулируюшими приборами. Ручное регулирование сложно, несовершенно и приводит к перерасходу теплоты. Метод расчета по укрупненным показателям. При отсутствии более точных данных СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» [8] рекомендует определять расчетный расход теплоты на вентиляцию общественных зданий по формуле Qвр = ּА ּ К1 ּ К2, Вт, (2.13) 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. Значения , А, К1 определяются по формуле (2.7). Местная вентиляция. Задачей местной вентиляции является создание на ограниченных участках помещения заданных условий. Местная вентиляция подразделяется на приточную и вытяжную. Наибольшее распространение в качестве местной вентиляции получили воздушная завеса, устанавливаемая у ворот или дверей промышленных цехов и общественных зданий (метро, универмаги, учебные заведения) с большим транспортным и людским потоком. Горячее водоснабжение. В связи с интенсивным жилищным строительством значительно выросла нагрузка горячего водоснабжения городов. Эта нагрузка во многих районах становится соразмерной отопительной нагрузке. Годовой отпуск теплоты на горячее водоснабжение жилых районов часто достигает 35÷40 % суммарного годового расхода теплоты района. Метод расчета теплоты на горячее водоснабжение по удельным нормам. Горячее водоснабжение имеет весьма неравномерный характер как в течение суток, так и в течение недели. Наибольшая нагрузка горячего водоснабжения в жилых районах имеет место, как правило, в предвыходные дни (при 5-дневной рабочей неделе в первый выходной день – субботу). Средненедельный, или средний, расход теплоты (средненедельная тепловая нагрузка) горячего водоснабжения отдельных жилых, общественных и промышленных зданий или группы однотипных зданий определяется по следующей формуле: , Вт, (2.14) где аср – норма расхода горячей воды с температурой τг = 55 °С, кг (л) на 1 потребителя в средние сутки (на 1 жителя, 1 посетителя, 1кг сухого белья и др.); значения аср принимаются согласно СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» прил. 3 [9]; b – расход горячей воды с температурой τг = 55 °С, кг (л) для общественных зданий, отнесенный к одному жителю района; при отсутствии более точных данных рекомендуется принимать b = 25 кг (л) на 1 чел. в сутки; m – количество потребителей; – массовая теплоемкость воды, = 4190 Дж/(кг∙ К); τХ – температура холодной воды, °С; при отсутствии данных о температуре холодной водопроводной воды ее принимают в отопительный период 5 °С, а в летний период 15 °С; nс = 24 ч – расчетная круглосуточная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение; коэффициент 1,2 учитывает остывание горячей воды в абонентских системах горячего водоснабжения. Нормы расхода горячей воды приведены в табл. 2.4. При определении средненедельного расхода теплоты на горячее водоснабжение только жилых зданий без учета расхода горячей воды в общественных зданиях в формуле (2.14) принимают b = 0. Температура горячей воды в местах водоразбора должна поддерживаться в следующих пределах: · в открытых системах теплоснабжения и в системах местного горячего водоснабжения не ниже 55 и не выше 80 °С; · в закрытых системах теплоснабжения не ниже 50 и не выше 75 °С. Средний расход теплоты на бытовое горячее водоснабжение за сутки наибольшего водопотребления вычисляется по следующей формуле: , Вт, (2.15) где χн – коэффициент недельной неравномерности расхода теплоты; аср с – норма расхода горячей воды с температурой τг = 55 °С, кг (л) на 1 потребителя в сутки наибольшего водопотребления; значения аср с, принимаются согласно СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» прил. 3 [9] по табл. 2.4. При отсутствии опытных данных рекомендуется принимать для жилых и общественных зданий χн = 1,2; для промышленных зданий и предприятий χн = 1. Таблица 2.4 Нормы расхода воды потребителями
Нагрузка горячего водоснабжения жилых домов имеет, как правило, в рабочие дни «пики» в утренние и вечерние часы и провалы в дневные и поздние ночные часы. В домах с ваннами пиковая нагрузка горячего водоснабжения превышает среднесуточную в 2 ÷ 3 раза. В выходные дни суточный график горячего водоснабжения имеет более равномерное заполнение. Максимально-часовой расход теплоты на бытовое горячее водоснабжение равен среднему расходу теплоты за сутки наибольшего водопотребления, умноженному на коэффициент суточной неравномерности: = = , Вт, (2.16) где χс – коэффициент неравномерности расхода теплоты за сутки наибольшего водопотребления; аmax – норма расхода горячей воды с температурой τг = 55 °С, кг (л) на 1 потребителя в час наибольшего водопотребления; значения аmax принимаются согласно СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» прил. 3 [9] по табл. 2.4. При ориентировочных расчетах можно принимать для городов и населенных пунктов χс = 1,7 ÷ 2,0; для промышленных предприятий χс = 1. Метод расчета теплоты на горячее водоснабжение по укрупненным показателям. Для ориентировочных оценок теплопотребления средний и максимальный тепловой поток на ГВС жилых и общественных зданий определяют по формулам, Вт: ; (2.17) , (2.18) где – укрупненный показатель среднего теплового потока на ГВС на 1 человека, принимаемый по табл. 2.5. Расход теплоты на ГВС в летнее время определяется по формуле , Вт, (2.19) где β – коэффициент, учитывающий изменение среднечасового расхода воды на ГВС; принимается для жилищно-коммунального сектора β = 0,8 (для курортных и южных городов β = 1,5), для предприятий β= 1,0. Для покрытия «пиков» неравномерности горячего водопотребления в системе теплоснабжения предусматривается установка баков-аккумуляторов горячей воды. Заполнение или зарядка баков осуществляется в часы малого или полного отсутствия водоразбора, а опорожнение или разрядка – в часы пик.
Таблица 2.5 Укрупненные показатели среднего теплового потока на горячее водоснабжение
2.2. Суммарная тепловая мощность автономного источника энергоснабжения Расчетным значением рабочей тепловой мощности автономного источника энергоснабжения называют сумму часовой тепловой мощности для покрытия нагрузок на отопление, вентиляцию, ГВС и технологические нужды с учетом тепловых потерь при транспортировке теплоносителя и мощности собственных нужд:
Qр ист = Qор + Qвр + Qгр + Qт + Q + Qсн, (2.20)
где Q – теплопотери при транспортировке теплоносителя; Qсн – теплопотребление на собственные нужды. Тепловой мощность
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|