Тепловая нагрузка. Годовой расход теплоты

ЛЕКЦИИ (2 лекции) 1.1. Тепловая нагрузка Несмотря на значительное разнообразие тепловой нагрузки, ее можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: 1) Сезонная нагрузка; 2) Круглогодичная нагрузка. Сезонная нагрузка. Изменение сезонной нагрузки зависит, главным образом, 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. К сезонной тепловой нагрузке относятся: 1) Отопление; 2) Вентиляция; 3) Кондиционирование. Наибольшей по величине, как правило, является нагрузка отопления. Основная задача отопления - поддержание температуры на заданном уровне. Уравнение теплового баланса потребителя имеет вид: Q  Qт  Qи  Qо  Qтв , где: Q - суммарные тепловые потери здания, Вт; Qт - теплопотери теплопередачи через наружное ограждение; Qи - теплопотери инфильтрацией; Qо - подвод теплоты к зданию через отопительную систему; Qтв - внутреннее тепловыделение; QT   k  F  Δt ; tH  -38o C ; Qи  ( 0,25  0,3 )  QT . Часто на практике расчетные тепловые нагрузки определяют не по уравнению теплопередачи для каждого помещения, а по укрупненным показателям. Расчетная отопительная Qот и вентиляционная Qвен тепловые нагрузки здания, Вт, определяются соответственно по формулам:     Qот    q0V t вр  t нр  (1  К ИНФ ) , Qвен    q BV t вр  t нр  (1  К ИНФ ) , где: q0 - удельная отопительная характеристика здания, Вт , м 3 0 С определяемая в зависимости от типа здания, года постройки, температуры наружного воздуха и т.п., для некоторых зданий значения приведены в приложении 5; qВ - удельная вентиляционная характеристика здания, Вт м 3 0 С , определяемая в зависимости от типа здания, года постройки, температуры наружного воздуха и т.п., для некоторых зданий значения приведены в приложении 4; V - объем здания по наружному обмеру, м3; t вр - расчетная температура воздуха в помещениях, 0С, определяемая в зависимости от типа и назначения здания. t нр - расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года, 0С, определяемая по СниП как температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 (tН = - 38 0С - для города Читы); α - поправочный коэффициент для удельных тепловых характеристик, определяемый по формуле:   0,54  22 ; (t  t нр ) р в КИНФ - расчетный коэффициент инфильтрации, обусловленной тепловым и ветровым напором, т.е. соотношение тепловых потерь зданием с инфильтрацией и теплопередачей через наружные ограждения при расчетной температуре наружного воздуха; данный коэффициент обязательно учитывают только при расчете промышленных зданий: К ИНФ  10 2   273  t нр 2  g  L1  р  273  t в      w 2р  ,    где: g - ускорение свободного падения, м/с2; L - свободная высота здания, м; wр - расчетная для данной местности скорость ветра в отопительный период, м/с, (wр = 2,1 м/с - для города Читы). Расчетная отопительная Qот тепловая нагрузка жилого здания, Вт, может быть также определена по формуле: Qот  q 0 F  F , где: q0F - удельный показатель расчетного расхода тепла на отопление 1 м2 общей площади квартир, Вт/м2, определяется по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», некоторые данные приведены в приложении 4; F - общая площадь квартир, м2. Средняя нагрузка отопления и вентиляции за отопительный период, Вт, находятся по формулам: ср от t вр  t нср.от.  Qот  р , t в  t нр ср в ен t вр  t нср.от.  Qв ен  р , t в  t нр Q Q где: t нср.от - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, 0С, определяемая по СниП как средняя температура за период со среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +8 0С ( t нср.от = 11,3 0С - для города Читы) [5]. t Тепловая нагрузка Qот и Qвt ен при любых температурах наружного воздуха определяется аналогично среднеотопительной нагрузке с подстановкой вместо t нср.от соответствующего значения температуры. График сезонной тепловой нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха представлен на рис. 10. Круглогодичная нагрузка. К круглогодичной нагрузке относится технологическая нагрузка и горячее водоснабжение. Исключением являются только некоторые отрасли промышленности, главным образом, связанные с переработкой сельскохозяйственного сырья, работа которых имеет сезонный характер. 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. Технологическая нагрузка и горячее водоснабжение в отличии от сезонной нагрузки весьма слабо зависят от наружной температуры. Эти нагрузки имеют переменный суточный график. Годовые графики технологической нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения также в определенной мере зависят от времени года. Как правило, летние нагрузки ниже зимних вследствие более высокой температуры перерабатываемого сырья и водопроводной воды, а также благодаря меньшим теплопотерям трубопроводов. Технологическая нагрузка задается технологами предприятий на основе расчетов или испытаний. Доля расхода теплоты на технологические нужды в общем балансе теплоснабжения обычно составляет: - 90 - 97 % - нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность; - 80 - 90 % - текстильная промышленность; - 70 - 80 % - пищевая промышленность. Вторичная теплота может быть использована для отопления и горячего водоснабжения. Основное требование к пароснабжению высокая надежность. Давление пара на теплотехнические нужды имеет следующий ряд: 0,6 МПа; 1 МПа; 1,3 МПа; 1,5 МПа. Пар обычно отпускается из промышленных отбор турбин, реже из РОУ. Рис. 10. График отопительно-вентиляционной нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха (без нагрузки горячего водоснабжения) Нагрузка горячего водоснабжения имеет неравномерный характер как в течении суток, так и в течении недели. Среднесуточный расход тепла на горячее водоснабжение: ср Qгвсрс.сут  qсут  св  (t гв -t хз )  Qпот , где: qсутср - среднесуточная норма расхода воды, кг/с, устанавливается нормами в зависимости от типа водопотребителя или типа водоразборных приборов (для некоторых групп водопотребителей данные приведены в приложении 4); с в - удельная теплоемкость воды, допускается принимать равной 4190 Дж кг∙К Дж кг∙К ; , для практических расчетов tгв=(55-75) оС - температура горячей воды, принимается в зависимости от вида системы горячего водоснабжения, для закрытых систем обычно принимают равной 60 оС; tхз - температура холодной воды в зимний период, оС, при отсутствии данных принимается равной 5 оС; Qпот - потери в трубопроводе горячего водоснабжения, Вт, определяются ср экспериментально или принимаются равными 3-5 % от Qсут . Годовой расход теплоты определяется для расчета расхода топлива, разработки режимов работы оборудования, определения лимита теплопотребления, Вт.ч: год год год год , Qгод  Qот  Qвен  Qгвс  Qтехн Рис. 11. Суточный график нагрузки горячего водоснабжения жилого района Годовой расход теплоты на отопление при наличии дежурного отопления, Вт.ч:  t - t ср.от.  год ср Qот  Qот  (no  nд )  nд  вд нср.от.  , t вн - t н   где: no - продолжительность отопительного периода, ч, определяется по СНиП, задается теплоснабжающей организацией или потребителем (no = 238 сут = 5712 ч - для города Читы); nд - длительность работы дежурного отопления, ч; tвд - температура внутреннего воздуха при работе дежурного отопления, С. Годовой расход теплоты на отопление при отсутствии дежурного отопления, Вт.ч: год ср Qот  Qот  nо , Годовой расход теплоты на вентиляцию находится по формуле, Вт.ч: год ср Qвен  Qвен n в , где nв - продолжительность работы системы вентиляции, ч. Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение, Вт.ч, находится по формуле:  t tл год ср.сут  Qгвс  Qгвс  no   гл  гв х  (nг  nо ) , t гв  t хз   где: φлг - коэффициент снижения горячего водоснабжения в летний период (при отсутствии данных принимается φлг = 0,8); tлх - температура холодной воды в летний период (15 оС); nг - длительность работы горячего водоснабжения за год, ч (при отсутствии данных принимается, с учетом 15 суток/год на ремонт тепловых сетей, равной 8400 ч). График тепловой нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха (отопительно-вентиляционная и ГВС) и график продолжительности тепловой нагрузки приведен на рис. 12. Для данного графика: от.в ен. ГВС QТЭЦ  QТЭЦ  QТЭЦ ; ГВС QТЭЦ  QТЭЦ  (0,15  0,25) ; отб QТЭЦ  QТЭЦ   ТЭЦ ; пвк отб QТЭЦ  QТЭЦ  QТЭЦ ; 8 ГВС от.вен. QТЭЦ  QТЭЦ  QТЭЦ  t вр  8 ; t вр  t нр где: QТЭЦ - расчетная тепловая мощность ТЭЦ; от.в ен. QТЭЦ - расчетная тепловая мощность ТЭЦ по отоплению и вентиляции; ГВС QТЭЦ - расчетная тепловая мощность ТЭЦ по ГВС; отб QТЭЦ - расчетная тепловая мощность отборов ТЭЦ;  ТЭЦ - коэффициент теплофикации; пв к QТЭЦ - расчетная тепловая мощность ПВК ТЭЦ; 8 QТЭЦ - расчетная тепловая мощность ТЭЦ при +8 0С (начало или конец отопительного периода); nпвк - продолжительность работы ПВК в течение года. Рис. 12. График тепловой нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха (отопительновентиляционная и ГВС). График продолжительности тепловой нагрузки. ПРАКТИКИ (2 практики) Решить задачи используя приведенный ниже материал. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК ЗДАНИЙ И ГОДОВОГО ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ ПО УДЕЛЬНЫМ ТЕПЛОВЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ 1) Расчетная отопительная Qот и вентиляционная Qвен тепловые нагрузки здания, Вт, определяются соответственно по формулам:   Qот  q0V tвр  tнр ,   Qвен  qBV tвр  tнр , где q0 – удельная отопительная характеристика здания, , определяемая Вт м  С 3 0 по таблице; qВ – удельная вентиляционная характеристика здания, Вт м  С , 3 0 определяемая по таблице; V – объем здания по наружному обмеру, м3; t вр – расчетная температура воздуха в помещениях, 0С, определяемая по таблице. t нр – расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года, 0С, определяемая по СниП (расчетное значение tН = - 38 0С для города Читы). 2) Среднеотопительная нагрузка отопления отопительный период находятся по формулам: ср Qот  Qот  ср в ен Q t вр  t нср.от. , t вр  t нр t вр  t нср.от.  Qв ен  р . t в  t нр и вентиляции за t t Тепловая нагрузка Qот и Qвен при любых температурах наружного воздуха определяется аналогично среднеотопительной нагрузке с подстановкой вместо t нср.от соответствующего значения температуры. 3) График отопительной и вентиляционной нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха: 4) Расход тепла, Вт, в системах горячего водоснабжения рассчитывают по следующим формулам:  среднесуточный: ср.сут. ср.сут Qгвс  Gгвс  c  t гв  t x3  ,  средний за сутки наибольшего водопотребления: сут. макс сут. макс Qгвс  Gгвс  с  t гв  t x3  ,  в течение часа максимального потребления: час. макс час. макс Qгвс  Gгвс  с  t гв  t x3 , где: с – теплоемкость воды, кДж / кг  С G - норма расхода горячей воды, приведенная к ед. измерения кг/c; tx3 – температура холодной воды в зимний период, 0С, при отсутствии данных принимается равной 5 0С; tгв – температура горячей воды, 0С, при отсутствии данных принимается равной 55-75 0С в зависимости от вида системы ГВС (открытая или закрытая); Коэффициент суточной неравномерности: K СУТ G гвсутс . м акс  ср.сут . G гв с Коэффициент часовой неравномерности: Gгвчасс . м акс K Ч  сут. м акс . Gгв с 5) Годовой расход теплоты определяется для расчета расхода топлива, разработки режимов работы оборудования, определения лимита теплопотребления год год год год Qгод  Qот  Qвен  Qгвс  Qтехн , Годовой расход теплоты на отопление при наличии дежурного отопления: t  t ср.от  год ср  Qот  Qот  (nо  nд )  nд  врд нср.от  tв  tн   ср где Qот - среднеотопительная нагрузка отопления, Вт; no - продолжительность отопительного периода, ч; nд - длительность работы дежурного отопления, ч; tвд - температура внутреннего воздуха при работе дежурного отопления, С; t вр - расчетная температура внутреннего воздуха, 0С; t нср.от . - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, С. При отсутствии дежурного отопления: год ср Qот  Qот  nо , Годовой расход теплоты на вентиляцию находится по формуле: год ср Qвен  Qвен n в , где nв - продолжительность работы системы вентиляции, ч. Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение находится по формуле:  t tл год ср.от  Qгвс  Qгвс  no   гл  гв х  (nг  nо ) , t гв  t хз   где φлг - коэффициент снижения горячего водоснабжения в летний период (0,8); tлх - температура холодной воды в летний период (15 оС); nг - длительность работы горячего водоснабжения за год, ч. Таблица 1.1. Удельные тепловые характеристики административных зданий для климатических условий г. Читы (при температуре наружного воздуха tн= - 38 0С) Наименование зданий Административные здания Объем зданий V, тыс. м3 Удельные тепловые для отопления q0 для вентиляции qВ Расчетная внутренняя температура (усредненная ) tв, 0С До 5 0,46 0,11 18 До 10 0,40 0,09 До 15 0,38 0,08 Более 15 0,34 0,21 характеристики, Вт м 3 0 С Таблица 1.2. Удельные тепловые характеристики промышленных зданий (при температуре наружного воздуха tн= - 30 0С) Наименование зданий Объем зданий V, тыс. м3 Удельные тепловые характеристики, Вт/(м3К) [ккал/(м3чС)] для для вентиляции отопления qо qв Кузнечные цехи До 10 10-50 0,46 – 0,35 0,81 – 0,70 (0,40 – 0,30) (0,70 – 0,60) 0,35 – 0,29 0,70 – 0,58 (0,30 – 0,25) (0,60 – 0,50) 50-100 Деревообделочные До 5 цехи 5-10 10-50 Цехи металлических 50-100 конструкций 100-150 0,29 – 0,18 0,58 – 0,35 (0,25 – 0,15) (0,50 – 0,30) 0,70 – 0,64 0,70 – 0,58 (0,60 – 0,55) (0,60 – 0,50) 0,64 – 0,52 0,58 – 0,52 (0,55 – 0,45) (0,50 – 0,45) 0,52 – 0,46 0,52 – 0,46 (0,45 – 0,40) (0,45 – 0,40) 0,44 – 0,41 0,62 – 0,52 (0,38 – 0,35) (0,53 – 0,45) 0,41 – 0,35 0,52 – 0,41 (0,35 – 0,30) (0,45 – 0,35) Продолжение таблицы 1.2. Удельные тепловые характеристики промышленных зданий (при температуре наружного воздуха tн= - 30 0С) Наименование зданий Объем зданий V, тыс. м3 Удельные тепловые характеристики, Вт/(м3К) [ккал/(м3чС)] для для вентиляции отопления qо qв Мастерские 5-10 0,58(0,50) 0,58(0,50) 10-15 0,46(0,40) 0,35(0,30) 15-20 0,41(0,35) 0,29(0,25) 20-30 0,35(0,30) 0,23(0,20) Насосные Компрессорные До 0,5 1,22(1,05) нет 0,5-1 1,16(1,00) - 1-2 0,70(0,60) - 2-3 0,58(0,50) - До 0,5 0,81(0,70) - 0,5-1 0,8 - 0,70 - (0,70 - 0,60) - 0,70 - 0,52 - (0,60 - 0,45) - 0,52 - 0,46 - (0,45 - 0,40) - 0,46 - 0,41 - (0,40 - 0,35) - 1-2 2-5 5-10 Таблица 1.3. Нормы расхода горячей воды потребителями Водопотребители 1. Жилые дома квартирного типа: с централизованным горячим водоснабжением, оборудованные умывальниками, мойками и душами 2. Административные здания 3. Учебные заведения (в том числе высшие и средние специальные) с душевыми при Измеритель Нормы расхода горячей воды n В средние сутки, кг/сут В сутки наибольшего водопотребления, кг/сут В час наибольшего водопотребления, кг/ч 1 житель 85 100 7,9 1 работающий 5 7 2 гимнастических залах и буфетами 1 учащийся и преподаватель 6 8 1,2 Задача 1.1 Определить расчетную тепловую нагрузку отопления Qот и вентиляции Qвен административного здания. Длина здания 100 м, ширина 15 м, высота 15 м. Расчетная температура: внутреннего воздуха t вр = 18 0С, наружного воздуха t нр = – 38 0С (климатические условия г. Читы). Задача 1.2 Определить суммарную расчетную тепловую нагрузку отопления Qот и вентиляции Qвен следующих промышленных зданий: - Мастерские. Длина здания 100 м, ширина 25 м, высота 5 м. Расчетная температура: внутреннего воздуха t вр = 10 0С. - Цех металлических конструкций. Длина здания 150 м, ширина 25 м, высота 8 м. Расчетная температура: внутреннего воздуха t вр = 15 0С. - Кузнечный цех. Длина здания 150 м, ширина 20 м, высота 6 м. Расчетная температура: внутреннего воздуха t вр = 20 0С. - Компрессорная. Длина здания 25 м, ширина 25 м, высота 4 м. Расчетная температура: внутреннего воздуха t вр = 10 0С. Расчетная температура наружного воздуха t нр = – 38 0С (климатические условия г. Читы). Задача 1.3 ср Определить среднеотопительную тепловую нагрузку отопления Qот и ср вентиляции Qвен административного здания. Длина здания 110 м, ширина 16 м, высота 10 м. Расчетная температура: внутреннего воздуха t вр = 18 0С, наружного воздуха t нр = – 38 0С, средняя температура за отопительный период t нср.от = -12,4 0С. Задача 1.4 Определить суммарную среднеотопительную тепловую нагрузку отопления ср ср и вентиляции Qвен следующих промышленных зданий: Qот - Мастерские. Длина здания 50 м, ширина 15 м, высота 5 м. Расчетная температура: внутреннего воздуха t вр = 12 0С. - Насосная. Длина здания 20 м, ширина 20 м, высота 4 м. Расчетная температура: внутреннего воздуха t вр = 15 0С. Расчетная температура наружного воздуха t нр = – 30 0С, средняя температура за отопительный период t нср.от = -12,4 0С. Решенные задачи, для оценки практических занятий, одним файлом выложить в личный кабинет. Для зачета ответить на 3 вопроса из установочных материалов и одним файлом выложить в личный кабинет.