Расчеты тепловых нагрузок здания: как произвести вычисления


Несмотря на значительное разнообразие тепловой нагрузки, её можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: сезонная и круглогодичная.

Изменения сезонной нагрузки зависят главным образом от климатических условий: температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра, солнечного излучения, влажности воздуха и др. Основную роль играет наружная температура. Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой график нагрузки.

К сезонной тепловой нагрузке относятся отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Отопление и вентиляция (ОВ) являются зимними тепловыми нагрузками. Для кондиционирования воздуха в летний период требуется искусственный холод.

К круглогодичной нагрузке относятся технология и ГВС. Исключением являются только некоторые отрасли промышленности, главным образом связанные с переработкой сельскохозяйственного сырья (например, сахарная), работа которых имеет сезонный характер.


График технологической нагрузки зависит от профиля производственных предприятий и режима их работы, а график нагрузки ГВС – от благоустройства жилых и общественных зданий, состава населения и распорядка его рабочего дня, а также от режима работы коммунальных предприятий (бань, прачечных и др.).

Технологическая нагрузка и ГВС в отличие от сезонной нагрузки весьма слабо зависят от наружной температуры. Эти нагрузки имеют переменный суточный график. Годовые графики этих нагрузок 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 в теплосетях и производственных трубопроводах.

Одна из первоочередных задач при проектировании и разработке режима эксплуатации систем централизованного теплоснабжения заключается в определении значения и характера тепловых нагрузок.

Сезонная нагрузка

Основная задача отопления заключается в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне. 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 = Qт (1 +µ), (1.1)

где Q — суммарные теплопотери здания; Qт — теплопотери теплопередачей через наружные ограждения; Qи — теплопотери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха; Qо — подвод теплоты в здание через отопительную систему; Qтв — внутренние тепловыделения; µ = Qи /Qт — коэффициент инфильтрации.


Источником внутренних тепловыделений Qтв в жилых зданиях являются обычно люди, приборы для приготовления пищи, осветительные приборы. Эти тепловыделения носят в значительной мере случайный характер и не поддаются никакому регулированию по времени, кроме того они не распределяются равномерно по зданию: в помещениях с большой плотностью – относительно велики, с малой – незначительны.

Для обеспечения в жилых районах нормального температурного режима обычно устанавливают гидравлический и температурный режим теплосети по наиболее невыгодным условиям, т.е. по режиму отопления помещений с нулевыми внутренними тепловыделениями, т.е. Q тв= 0.

Источником внутренних тепловыделений в промышленных зданиях являются различного рода тепловые и силовые установки и механизмы (печи, сушила, двигатели и др.). Эти тепловыделения 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 в Дж/с могут быть определены расчетным путем по формуле


Qт =∑ k F t, (1.2)

Обратите внимание!

где k – коэффициент теплопередачи наружных ограждений, Вт/(м²·К), F – площадь поверхности отдельных наружных ограждений, м², t – разность температур воздуха с внутренней и наружной стороны ограждающих конструкций, °С.

На практике теплопотери теплопередачей определяются по следующей формуле

Qт = qо V ( tв tн ) (1.3)

где qо — удельная теплопотеря здания, Вт/(м3·К), V — объем здания по наружному обмеру, м3 , tв — усредненная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений, °С, tн — наружная температура, °С.

Для жилых и общественных зданий при правильной эксплуатации максимальное значение коэффициента инфильтрации не превосходят 3 – 6 %, что лежит в пределах погрешности расчета теплопотерь. Поэтому для упрощения инфильтрацию не вводят в расчет, а значение удельных теплопотерь принимают с небольшим запасом. Потери инфильтрацией промышленных зданий нередко достигают 25 – 30% теплопотерь и их необходимо учитывать при расчете.

При определении расхода теплоты на отопление исходят не из минимального кратковременного значения наружной температуры для данной местности, а из другого, более высокого, так называемого расчетногозначениянаружнойтемпературыдляотопленияtо, равной средней температуре наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50-летний период.


Все значения наружных температур по всей территории России приведены в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».

Для экономного и правильного использования топлива имеет весьма важное значение выбор начала и конца отопительного сезона, которое для жилых и общественных зданий обычно регламентируется местными властями.

Действующими СНиП 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. Однако эксплуатационные наблюдения показывают, что нельзя оставлять жилые и общественные здания без отопления в течение продолжительного времени при наружной температуре ниже +10 — + 12 °С, т.к. это приводит к заметному снижению внутренней температуры в помещении и неблагоприятно отражается на самочувствии людей.

Начало и конец отопительного сезона для промышленных зданий определяются наружной температурой, при которой теплопотери через наружные ограждения делаются равными внутренним тепловыделениям. Т.к. тепловыделения в промышленных зданиях значительны, то в большинстве случаев длительность отопительного сезона для них короче, чем для жилых и общественных зданий.

Расход теплоты на вентиляцию жилых зданий, не имеющих, как правило, специальной приточной системы, относительно невелик. Он обычно не превышает 5 — 10 % расхода теплоты на отопление и учитывается в значении удельной теплопотери здания.


Расход теплоты на вентиляцию производственных и коммунальных предприятий, а также общественных и культурных учреждений составляет значительную долю суммарного теплопотребления объекта, часто превосходя расход на отопление.

Расход теплоты на вентиляцию принимают по проектам местных систем вентиляции или по аналогичным проектам зданий, а для действующих установок – по эксплуатационным данным.

Ориентировочный расчет расхода теплоты на вентиляцию, Дж/с, можно проводить по формуле

Qв = m Vв cв ( tвпtн ), (1.4)

где m — кратность обмена воздуха, l/c или l/ч; Vв — вентилируемый объем здания, м3 ; св — объемная теплоемкость воздуха, равная 1260 Дж/(м3 ·К); tвп — температура нагретого воздуха, подаваемого в помещение, °С; tн — температура наружного воздуха, °С.

Для удобства расчета формулу (1.4) применяют в следующем виде

Qв = qв V ( tвtн ), (1.5)

где qв — удельный 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; tв — усредненная внутренняя температура, °С.


При отсутствии перечня общественных зданий с указанием их назначения усредненное значение удельного расхода теплоты на вентиляцию для предварительных расчетов можно принять равным 0,235 Вт/(м3 ·К), а вентилируемый объем – равным суммарному объему всех общественных зданий данного района или города. В районах нового строительства, при отсутствии данных об объеме намечаемых к сооружению общественных зданий, его можно учесть в размере 30% суммарного объема жилых зданий.

Отопительная нагрузка, как правило, имеет для жилья круглосуточный и практически постоянный характер, для общественных и промышленных зданий — непостоянно суточный а часто и непостоянный недельный график, когда в целях экономии теплоты искусственно снижают подачу теплоты на отоплении в нерабочие часы.

Значительно более резко изменяется как в течение суток, так и по дням недели вентиляционная нагрузка, т.к. в нерабочие часы промышленных предприятий и учреждений вентиляция, как правило, не работает.

В настоящее время существенную нагрузку в летний период имеют установки кондиционирования воздуха. При выработке искусственного холода тепловыми методами (абсорбционным или эжекционным), установки кондиционирования воздуха создают в летний период дополнительную тепловую нагрузку.


Одна из основных задач установок кондиционирования воздуха заключается в отводе из помещения избыточной теплоты, создающей дискомфортные условия из-за значительного повышения внутренней температуры.

Избыточное количество теплоты, подлежащее удалению из здания, Дж/с, определяется по формуле

Qиз = Qтп+ Qтв , (1.6)

где Qтп — количество теплоты, поступающее в здание через сплошные наружные ограждения и остекленные поверхности; Qтв — внутренние тепловыделения.

Круглогодичная нагрузка

Параметры и расход теплоты на технологические нуждызависят от характера технологического процесса, типа производственного оборудования, общей организации работы и т.д.

Для экономии топливно-энергетических ресурсов следует совершенствовать технологические процессы, максимально использовать отработавшую теплоту для технологических целей, а при теплоснабжении от ТЭЦ максимально использовать теплоноситель более низкого потенциала.

Как правило, тепловые нагрузки промышленных предприятий задаются технологами на основе соответствующих расчетов или данных тепловых испытаний.

Наряду с расходами теплоты на отопление и вентиляцию зданий за счет её отпуска в горячей воде могут быть покрыты также расходы теплоты на системы горячего водоснабжения(ГВС) этих зданий. Горячая вода из из таких систем может расходоваться на бытовые нужды в зданиях всех групп, а в производственных помещениях – также и на технологические нужды. Бытовое ГВС является одним из основных видов благоустройства зданий.


По нормам для жилых и общественных зданий, все они должны оснащаться системами ГВС, а для отдельных групп зданий в соответствии с их назначением необходимы большие расходы горячей воды (предприятия общественного питания, бани, прачечные, больницы, спортивные сооружения).

Для систем ГВС, охватывающих здание в целом, температуру воды на входе приходится поддерживать не ниже уровня, соответствующего наивысшему из требуемых для водоразборных приборов различного типа.

ГВС имеет весьма неравномерный характер как в течение суток, так и в течение недели. Наибольшая нагрузка ГВС в жилых районах имеет как правило, в первый выходной день – субботу.

Средненедельный расход теплоты, Дж/с, бытового ГВС отдельных жи- лых, общественных и промышленных зданий или группы однотипных зданий:

Qг = a m c ( tгtх ) / nс , (1.7)

где a – норма расхода горячей воды с температурой 60°С, кг(л), на единицу измерения; m – количество единиц измерений; c – удельная теплоемкость воды, принимается равной 4,187 кДж/(кг ·К); tг , tх — температуры соответственно горячей и холодной воды, °С; nс — расчетная длительность подачи теплоты на ГВС, с/сут, ч/сут.


При отсутствии данных о температуре холодной воды, её принимают в отопительный период 5°С, в летний 15°С.

Температура горячей воды в местах водоразбора должна быть 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.

Для жилых домов, общежитий, гостиниц, пансионатов, школ-интернатов, домов отдыха, больниц, детских садов-яслей условно принимают nс = 86400 с/сут = 24 ч/сут.

Для промышленных зданий и предприятий, имеющих местные аккумуляторы горячей воды, значение nс принимается равным значению фактической среднесуточной длительности подачи теплоты из сети на ГВС.

При отсутствии данных о количестве и типе жилых и общественных зданий во вновь застраиваемых жилых районах можно ориентировочно определить средненедельный расход на бытовое ГВС по формуле

Qг = m ( a + b ) c ( tгtх ) / nс , (1.8)

где m — число жителей, a — норма расхода воды с температурой 60°С на 1 жителя, л/сут; b — расход горячей воды для общественных зданий, отнесенных к 1 жителю района, л/сут.

Средний расход теплоты на бытовое горячее водоснабжение за сутки наибольшего потребления:

Qг = χн∙Qг , (1.9)


где χн — коэффициент недельной неравномерности расхода теплоты, принимается для жилых и общественных зданий равным 1,2, для промышленных предприятий – 1,0.

Расчетный (максимально-часовой) расход тепла на ГВС равен среднечасовому за сутки наибольшего потребления, помноженному на коэффициент суточной неравномерности равным (для ориентировочных расчетов) 1,7 – 2,0 для городов и населенных пунктов и 1,0 для промышленных предприятий.

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК

Для определения расхода топлива, разработки режимов использования оборудования и графика его ремонта, загрузки и графика отпусков обслуживающего персонала, необходимо знать часовой и годовой расходы теплоты на теплоснабжение, а также его распределение по сезонам (зима, лето) или по отдельным месяцам.

Тепловые нагрузки

Тепловые нагрузки (тепловые потоки) при отсутствии проектов ОВ и ГВС зданий и сооружений определяются:

а) для предприятий – по укрупненным ведомственным нормам, утвержденным в установленном порядке, либо по проектам аналогичных предприятий,

б) для жилых районов городов и других населенных пунктов – по формулам:

1. Максимальная тепловая нагрузка, Вт, на:

— отопление QО мах = qо A ( 1 + k1 ), (1.10)

— вентиляцию QВ мах = k1 k2 qо A, (1.11)

— ГВС QГВ мах = 2,4 QГВ ср, (1.12)

где qо — укрупненный показатель максимальной тепловой нагрузки на отопление жилых зданий 1 м2 общей площади, Вт/м2; A – общая площадь жилых зданий, м2; k1 — коэффициент, учитывающий тепловую нагрузку на отопление общественных зданий, при отсутствии данных следует принимать равным 0,25; k2 — коэффициент, учитывающий тепловую нагрузку на вентиляцию общественных зданий, при отсутствии данных следует принимать равным: для общественных зданий, построенных до 1985г. – 0,4, после 1985г. – 0,6.

2. Средняя тепловая нагрузка, Вт, на:

— отопление QO ср = QО мах , (1.13)

— вентиляцию QВ ср = QВ мах∙ , (1.14)

— ГВС в межотопительный период Q ГВср = QГВ ср ß, (1.15)

где tвн – средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, °С; tот — средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С; tно – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С; tхл – температура холодной (водопроводной) воды в летний период, °С; tхз – температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период, °С; ß — коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на ГВС в летний период по отношению к отопительному периоду, принимается при отсутствии данных для жилищно-коммунального сектора равным 0,8 (для курортных и южных городов ß = 1,5), для предприятий – 1,0;

— ГВС в отопительный период QГВ ср = c, (1.16)

где m – число жителей; a – норма расхода воды в л на ГВС при температуре 55°C для жилых зданий на одного человека в сутки, которая принимается в соответствии со СНиП 2.04.01 «Внутренний водопровод и канализация зданий»; b – то же, для общественных зданий; при отсутствии данных принимается равной 25 л в сутки на одного человека.

Потери теплоты в тепловых сетях следует определять расчетом с учетом тепловых потерь через изолированные поверхности трубопроводов и со среднегодовыми утечками теплоносителя.

Тепловые нагрузки

Тепловая нагрузка — количество тепла для восполнения теплопотерь здания (помещения), с учётом использования отопительных приборов в пиковых температурных режимах.

Мощность, совокупность мощностей обогревательных приборов, участвующих в обогреве здания, обеспечивающих комфортную температуру для проживания, ведения хозяйственной деятельности. Мощностей источников тепла должно хватать для поддержания температуры в самые холодные дни отопительного сезона.

Измеряется тепловая нагрузка в Вт, Кал/час, — 1Вт=859,845 Кал/ч. Расчёт — сложный процесс. Самостоятельно, без знаний, навыков выполнить сложно.

Расчёт нагрузки – ответственный этап введения здания в централизованную теплосеть.

От проектирования нагрузки здания зависит внутренний тепловой режим. Ошибки негативно влияют на потребителей теплоэнергии, подключенных к системе. Наверное, каждый в холодные, зимние вечера, укутавшись в теплый плед, жаловался на ТеплоСети с холодными батареями — результат несоответствия с фактическими тепловыми режимами.

Тепловая нагрузка складывается с учётом количества отопительных приборов (радиаторных батарей) для поддержания тепла, с параметрами:

  • теплопотеря здания, которая складывается из показателей теплопроводимости стройматериалов коробки, кровли дома;
  • при вентилировании (принудительной, естественной);
  • водоснабжения горячей водой объекта;
  • дополнительные тепловые расходы (сауна, баня, хозяйственно-бытовые нужды).

При одинаковых требованиях к зданию, в разных климатических поясах нагрузка будет отличаться. Влияют: расположение относительно уровня моря, присутствие естественных преград холодных ветров, другие геологические факторы.

Параметры для расчета тепловых нагрузок

Информация дается в ознакомительных целях, для расчётов нагрузки, не предназначенных проектной документации, нужной для подключения здания к центральной теплосети — в качестве статистической базы расходов теплоэнергии.

Тепловые характеристики
Тепловые характеристики

Произвести точный расчет сложно, — трудно учесть нюансы здания. Хорошо воспользоваться опытом знакомых, статистическими данными похожих объектов (расходы теплоэнергии в течение нескольких лет). Если нет, придется осваивать навык проектирования, расчета нагрузок самостоятельно.

  • Перед вычислениями нужно определить назначение здания. Выявить, составить температурную смету по оптимальным режимам каждого помещения, — данные можно найти в СНиП 2.04.05, ДВН В.2.5-39:2008. Содержатся рекомендации по теплоносителю, оптимальным режимам для помещений. Правильный режим поможет в учёте, распределении тепловой энергии.
  • Нужно изучить конструктивные особенности здания, используемые строительные материалы, толщину стен, теплоизоляцию, тип, характер кровли, чердачного помещения, количество, площадь дверных, оконных проемов. Каждый стройматериал обладает теплопроводностью, нужно знать, какой материал где используется, определить площадь, выявить общие теплопотери здания.
  • В отдельные расчеты нужно отнести сауны, бани, оранжереи.
  • Система вентиляции — значительная нагрузка на систему отопления.
  • Интенсивность использования помещений. Нужно ли постоянное поддержание температуры для проживания или только для обслуживания.

Уточняющих факторов для расчета нагрузки может быть больше.

Расчет мощности системы

Поправочных коэффициентов много. Как рассчитывали нагрузку предки, без проектов? Методом проб, ошибок, учитывали большой запас.

Расчёт в процентах
Расчёт в процентах

Главное в самостоятельных расчетах – определить ориентировочный показатель тепла для выбора источника. Нужно учитывать:

  • восполнение тепла при потерях через стены, крышу, окна, двери;
  • отопление для компенсации, при вентилировании воздуха в помещениях;
  • обогрев специфических объектов;
  • резерв для экстремальных ситуаций: аномально холодной зимы, сооружение дополнительных хозяйственно-бытовых объектов.

Рассчитанной нагрузки, с учетом факторов, достаточно для полноценного обогрева зданий. В остальных случаях существуют проектные бюро, где за разработанные тепловые системы специалисты несут персональную ответственность

Особенности расчета

Чтобы самостоятельно подготовить расчет нагрузки понадобится документация.

Формула
Формула
  • СП 131.13330.2012 Строительная климатология;
  • Методика определения количества тепловой энергии, теплоносителя в водяных системах коммунального теплоснабжения от 06 мая 2000г., №105;
  • ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»;
  • ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые, общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

В нормативах содержатся параметры для расчёта нагрузки здания, кроме:

  • Расположения здания;
  • Объёма здания, вычисленного по внешнему периметру. Параметр можно брать из технической документации на дом (тех.паспорт), определить самостоятельно,замерив.
  • Назначение вводимого в эксплуатацию дома (жилое, административное, лечебное, санаторное).
  • Высота для расчета коэффициента инфильтрации — показатель противодействия ветровым, тепловым нагрузкам.

Методы вычисления

Методологий определения может быть несколько. Можно узнать тепловую нагрузку следующими способами:

  • Метод определения тепловых потерь объекта.

Определяют стройматериалы, из которых выполнены стены, кровля, учитывается количество, площадь дверных, оконных проёмов, этажность. Берутся коэффициенты, вычисляется общее значение теплопотерь.

  • Метод расчетов, учитывающий необходимую мощность отопительно-вентиляционных приборов, необходимых для поддержания температурного режима.
  • Метод с использованием укрупнённых величин теплопотерь.
Потребители тепла
Потребители тепла

Укрупненный расчет

Для метода не требуются коэффициенты, при расчётах нагрузки достаточно знать высоту, объём, назначение, расположение здания. Остальное можно найти в технической документации.

Формула:

Qmax=αхVхq0х(tв-tн.р. )х10-6

Видео-инструкция «как пользоваться формулой «укрупленного расчета нагрузки»:

Виды тепловых нагрузок для расчетов

Тепловые нагрузки – величина непостоянная, может колебаться в большую, меньшую сторону. Условно можно разделить:

  • Нагрузка, зависящая от отопительного сезона, — разница составляет до 40%.

В зависимости от внешней температуры, показатель может значительно варьироваться. Температурная разница значительно отличается в зимний и осенне-весенний период. Изменяется нагрузка в зависимости от времени суток, перепады возникают от работы системы вентиляции.

  • Нагрузка зависит от ИН-излучения. Не только радиаторы, любое оборудование, выделяющее тепло. Не нужно сбрасывать естественное излучение, поступающее внутрь здания через оконные проемы.
  • Дополнительные источники тепла. Основной источник — люди, чем больше, тем больше тепла излучают.

Дополнительный обогрев — внешние факторы: воздушные потоки, поступающие внутрь помещения через щели.

Изменения в тепловом режиме помещения влекут изменения температуры теплоносителя (Т. обратки), влияющей на показатели системы.

Регуляторы мощностей

РТН (регулятор тепловой нагрузки) – элементы регулирования отопительных котлов бытового, промышленного назначения. Устройства стабилизируют работу источников тепла, поддерживают температуру теплоносителя в системе на заданных величинах.

Разводка теплосети
Разводка теплосети

С помощью РНГ можно наиболее точно выставить необходимую температуру, оптимизировать систему отопления. Обогревательный котёл работает равномерно, исключая температурные скачки в системе.

Самостоятельно отрегулировать режим сложно, лучше обратиться к мастеру.

Нагрузки на ГВС, вентиляцию

Тепловой пункт
Тепловой пункт

Свежий воздух необходим для жизнедеятельности человека, потому системы вентиляции и требуются. Однако, вентиляция значительно увеличивает теплопотери.

Компенсация потерь значительно увеличивает общую тепловую нагрузку. Учитывается на этапе проектирования, расчетов. Формула:

Q=qV(tн.-tв.)

V – общий объём здания по внешнему контуру,

t (н и в) – наружная, внутренняя температура воздуха;

q – удельная величина.

Формула для расчётов снабжения здания горячей водой:

Q=0,042rВ*∆T*P*G

∆T – разница температур воды;

P – количество потребителей (раковин);

В – отношение нагрузок по ГОСТу;

r – плотность воды.


Использованные источники

  1. rosteplo.ru/soft/3/152
  2. lektsia.com/1x6913.html
  3. laminatepol.ru/34256-raschety-teplovyh-nagruzok-zdaniya-chto-eto-takoe-i-kak-proizvesti-vychisleniya.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.