В системах централизованного теплоснабжения (СЦТ) по тепловым сетям подается теплота различным тепловым потребителям. Несмотря на значительное разнообразие тепловой нагрузки, ее можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: 1) сезонная . 2) круглогодовая.
Изменения сезонной нагрузки зависят 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 отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха. Ни один из указанных видов нагрузки не имеет круглогодового характера. Отопление и вентиляция являются зимними тепловыми нагрузками. Для кондиционирования воздуха в летний период требуется искусственный холод. Если этот искусственный холод вырабатывается абсорбционным или эжекционным методом, то ТЭЦ получает дополнительную летнюю тепловую нагрузку, что способствует повышению эффективности теплофикации.
К круглогодовой нагрузке относятся технологическая нагрузка и горячее водоснабжение. Исключением являются только некоторые отрасли промышленности, главным образом связанные с переработкой сельскохозяйственного сырья (например, сахарная), работа которых имеет обычно 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 — бань, прачечных. 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 теплопроводов и производственных трубопроводов.
Одна из первоочередных задач при проектировании и разработке режима эксплуатации систем централизованного теплоснабжения заключается в определении значений и характера тепловых нагрузок.
В том случае, когда при проектировании установок централизованного теплоснабжения отсутствуют данные о расчетных расходах теплоты, основанных на проектах теплопотребляющих установок абонентов, расчет тепловой нагрузки проводится на основе укрупненных показателей. В процессе эксплуатации значения расчетных тепловых нагрузок корректируют по действительным расходам. С течением времени это дает возможность установить проверенную тепловую характеристику для каждого потребителя.
Сезонная нагрузка
Основная задача отопления заключается в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплоприто-ком. Условие теплового равновесия здания может быть выражено в виде равенства
(4)
где Q – суммарные тепловые потери здания . QT – теплопотери теплопередачей через наружные ограждения . QH – теплопотери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха . Qo – подвод теплоты в здание через отопительную систему . QTB – внутренние тепловыделения.
Тепловые потери здания в основном зависят от первого слагаемого Qr Поэтому для удобства расчета можно тепловые потери здания представить так:
(5)
где μ= Q и/QT – коэффициент инфильтрации, представляющий собой отношение теп-лопотерь 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.
Кроме того, тепловыделения не распределяются равномерно по зданию.
Для обеспечения в жилых районах нормального температурного режима во всех отапливаемых помещениях обычно устанавливают гидравлический и температурный режим тепловой сети по наиболее невыгодным условиям, т.е. по режиму отопления помещений с нулевыми тепловыделениями (QTB = 0).
Для предупреждения существенного повышения внутренней температуры в помещениях, в которых внутренние тепловыделения значительны, необходимо периодически выключать часть отопительных приборов или снижать расход теплоносителя через них.
Качественное решение этой задачи возможно лишь при индивидуальной автоматизации, т.е. при установке авторегуляторов непосредственно на нагревательных приборах и вентиляционных калориферах.
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
(6)
где F — площадь поверхности отдельных наружных ограждений, м . к — 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 по наружному измерению V, м, периметром в плане Р, м, площадью в плане S, м, и высотой L, м, уравнение (6) легко приводится к формуле, предложенной проф. Н.С. Ермолаевым:
|
где кс, к0К, кпл, кпт — коэффициенты теплопередачи стен, окон, пола нижнего этажа, потолка верхнего этажа . φ — коэффициент остекления, т.е. отношение площади окон к площади вертикальных ограждений (стен) . Ψ1 и Ψ2 -поправочные коэффициенты на расчетный перепад температур для верхнего и нижнего горизонтальных ограждений здания . tB — усредненная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений, °С . tH — температура наружного воздуха, °С.
Для определения расчетного расхода теплоты на отопление в (7) принимают tB = tв.р., где tв.р — усредненная расчетная температура внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях.
Ниже приведены рекомендуемые санитарными нормами значения tв.р, °C, для зданий разного назначения:
Назначение здания Жилые здания, гостиницы, общежития, административные здания. +18
Учебные заведения, общеобразовательные школы, школы-интернаты, предприятия общественного питания, клубы, дома культуры +16
Театры, магазины, прачечные, пожарные депо +15
Кинотеатры. +14
Гаражи +10
Детские ясли-сады, поликлиники, амбулатории, диспансеры, больницы +20
Бани +25
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 QB — расход теплоты на вентиляцию . т — кратность обмена воздуха, 1/с или 1/ч . Vв — вентилируемый объем здания, м . св — объемная теплоемкость воздуха, равная 1,26 кДж/(м3-К) = 0,3 ккал/(м3 • °С) . tв.п. -температура нагретого воздуха, подаваемого в помещение, °С . t н — температура наружного воздуха, °С.
Для удобства расчета данную формулу приводят к виду
где qВ — удельный расход теплоты на вентиляцию, т.е. расход теплоты на 1 м3 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 . tв — усредненная внутренняя температура, °С.
Для снижения расчетного расхода теплоты на вентиляцию минимальная наружная температура, по которой рассчитываются вентиляционные установки, tн.в., принимается, как правило, выше расчетной температуры для отопления tн.о.. 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 tн.в. принимается равной tн.о.
Расчетный расход теплоты на вентиляцию
где tв.р. — усредненная расчетная внутренняя температура, °С.
Когда температура наружного воздуха становится ниже tв.р, расход теплоты на вентиляцию не должен выходить за пределы расчетного расхода.
Суммарная сезонная тепловая нагрузка
Отопительная нагрузка имеет, как правило, круглосуточный характер. При неизменных наружной температуре, скорости ветра и облачности отопительная нагрузка жилых зданий практически постоянна. Отопительная нагрузка общественных зданий и промышленных предприятий имеет непостоянный суточный, а часто и непостоянный недельный график, когда в целях экономии теплоты искусственно снижают подачу теплоты на отопление в нерабочие часы (ночной период и выходные дни).
Значительно более резко изменяется как в течение суток, так и по дням недели вентиляционная нагрузка, так как в нерабочие часы промышленных предприятий и учреждений вентиляция, как правило, не работает.
Суммарный расход теплоты на отопление и вентиляцию по району представляет собой сумму расходов отдельных абонентов.