Сезонная тепловая нагрузка

Целью отопления является поддержание температуры внутреннего воздуха в помещении на заданном уровне. Температура воздуха в помещении зависит от назначения помещения, а в промышленных зданиях – от характера выполняемых работ. Значения температуры воздуха в помещениях принимаются согласно [5]. В частности, для жилых зданий – от 18 до 22 ⁰С; для промышленных зданий – от 16 до 24 ⁰С; для общественных зданий – от 20 до 22 ⁰С.

Для поддержания температуры воздуха в помещении постоянной необходимо обеспечить равенство теплопотерь и теплопритоков. Потери теплоты можно представить в виде

,

где – потери теплоты теплопередачей через ограждения, на которых перепад температур более 3 ⁰С; – затраты теплоты на нагрев воздуха, поступающего извне через неплотности ограждений; – коэффициент инфильтрации, зависящий от температуры наружного воздуха и скорости ветра.

В производственных помещениях теплота расходуется также на нагрев материалов и транспортных средств, поступающих извне (). Приток теплоты в помещения осуществляется через отопительные установки () и от внутреннего тепловыделения ().

В общем случае баланс теплоты можно записать в виде

.

Для жилых и общественных зданий = = =0, тогда

= .

Для производственных помещений

.

В производственных помещениях может составлять до 25...35 % от .

Потери теплоты теплопередачей через ограждения в соответствии с [5] рассчитываются по уравнению

, (1.1)

где – температура внутреннего воздуха около ограждения, ⁰С; – температура наружного воздуха для наружных ограждений или температура воздуха в соседнем помещении, ⁰С; – расчетная площадь поверхности ограждения, м²; – полное термическое сопротивление ограждения, где – приведенное термическое сопротивление теплопроводности ограждения, (м² × ⁰С)/Вт. Для световых проемов полное термическое сопротивление принимается в зависимости от типа остекления и находится в диапазоне 0,15…0,55 (м² × ⁰С)/Вт [5]. Для определения теплопотерь через полы первого этажа, расположенных на грунте, площадь пола разбивается на зоны, шириной 2 м (рис.1.1).

Рис. 1.1. Определение теплопотерь пола

Полное термическое сопротивление первой зоны принимается равным 2,1, второй – 4,3, третьей – 8,6 и четвертой – 14,2 (м2 × 0С)/Вт. Если между полом и грунтом находятся лаги, то полное термическое сопротивление для каждой зоны увеличивают на 18 %.

Коэффициент a учитывает положение ограждения по отношению к наружному воздуху и принимается в диапазоне 1,0…0,6. Коэффициент учитывает долю добавочных тепловых потерь в зависимости от ориентации ограждений по сторонам света, типа дверей и ворот [5] и равен 0,05…0,1. Формулой (1.1) пользуются при проектировании систем отопления зданий.

Количество теплоты на подогрев инфильтрующегося воздуха рассчитывается по формуле [3]

, (1.2)

где – расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждения; с – удельная теплоемкость воздуха, 1 кДж/(кг × ^оС); – температуры воздуха в помещении и наружного воздуха в холодный период года (приложение Б [5]); k – коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7…1,0 на подогрев инфильтрационного воздуха при прохождении через ограждение за счет потоков теплоты, уходящих через ограждение наружу, для стен, перекрытий и т.п. и окон, ворот и аэрационных фонарей, соответственно (принимаются равными 0,7…1).

Расход теплоты на подогрев инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, принимают равным большей из величин, полученным по формулам (1.2) и

,

где L – расход удаляемого воздуха, м³/ч; для жилых зданий принимают L =3 м³/ч на 1 м² жилых помещений; – плотность воздуха, кг/м³.

Расход инфильтрующегося воздуха в помещении , кг/ч, через неплотности ограждений определяют по формуле

где – площади световых проемов и других наружных ограждений, соответственно, м²; – площадь щелей в наружных ограждениях; – расчетная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждений на i -м этаже и на уровне пола первого этажа, Па, соответственно; – сопротивление воздухопроницанию, ; – нормативная воздухопроницаемость ограждений, кг/(м² × ч); l – длина стыков стеновых панелей, м.

Расчетная разность давлений определяется по формуле

,

где H – высота здания от земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты, м; – расчетная высота от уровня земли до верха светового проема, середины вертикальных или оси горизонтальных стыков панелей, м; – удельные веса, H/м³ наружного воздуха и воздуха в помещении, соответственно; – плотность наружного воздуха, кг/м³; v – скорость ветра, м/с; – аэродинамические коэффициенты соответственно для подветренной и наветренной поверхностей ограждений; – коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания; – условно-постоянное давление воздуха в здании, Па.

При проектировании источников теплоты потребность теплоты на отопление может быть определена по укрупненным показателям. Расход теплоты на отопление по объему здания определяется по формуле

,

где q _о – отопительная характеристика здания, зависящая от объема и назначения здания, Вт/(м³ × ⁰С) [1,2]; V – объем здания по наружному замеру, м³. Значения отопительной характеристики зданий рассчитываются по формуле [7]:

,

где K – приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м² × ⁰С); А _сум – общая площадь внутренней поверхности всех наружных ограждающих конструкций отапливаемого объема здания, м²; V – объем здания по внешним размерам, м³. Значение K определяется по формуле:

,

где b – коэффициент, учитывающий ориентацию здания по сторонам света, а также потери теплоты с поступлением холодного воздуха через входы в здание, равный 1,13 для жилых зданий и 1,1 для прочих зданий; – площади световых проемов, наружных дверей и ворот, покрытий, полов на грунте, соответственно; – приведенные сопротивления теплопередачи световых проемов, наружных дверей и ворот, покрытий, полов на грунте, соответственно, определяемые согласно [7]; n – коэффициент, зависящий от положения наружного ограждения относительно наружного воздуха согласно СНиП II-3. Ориентировочные значения отопительной характеристики приведены в [1].

Максимальные потери теплоты и, соответственно, максимальный отпуск теплоты на отопление, определяются по расчетной температуре для отопления – средней температуре наиболее холодной пятидневки из восьми зим за последние 50 лет.

При расчете по укрупненным показателям при отсутствии перечня зданий с указанием их назначения t _в принимают равной 18 ⁰С, если t _но –31 ⁰С и равной 20 ⁰С, если t _но –31 ⁰С.

Для жилых и общественных зданий расчетное количество теплоты на отопление определяется по формуле

.

При .

Для экономного использования топлива большое значение имеет правильный выбор начала и конца отопительного периода. Начало и конец отопительного периода принимается при значении среднесуточной температуры равной +8 ⁰С. Длительность отопительного периода определяется числом суток с устойчивой среднесуточной температурой меньшей и равной +8 ⁰С.

Для производственных помещений с внутренними тепловыделениями отопительный период начинается при той температуре наружного воздуха, при которой .

Для промышленных зданий:

при _;

при _.

Рис. 1.2. График отпуска теплоты на отопление: 1 – для жилых и общественных зданий; 2 – для промышленных зданий

Рассмотрим определение расхода теплоты на отопление по площади застройки. Такой способ определения расхода теплоты применяется только для жилых районов. При , где qF – отпуск теплоты на 1 м2 площади застройки, Вт/м2 [1,2]; F – площадь застройки, м2; F = f уд z, где z – число жителей; f уд = 12,5 м2 /чел для зданий, построенных до 1980 года;

f _уд = 18 м²/чел для зданий, построенных после 1980 года; k ₁=0,25 – коэффициент, учитывающий отпуск теплоты на отопление общественных зданий. Согласно [7], значение q_F рассчитывается по формуле , где Q – потребность в теплоте на отопление здания, Вт; A_h – суммарная площадь пола отапливаемых помещений. Ориентировочные значения q_F приведены в [1].

Под вентиляционной нагрузкой понимают потребность в теплоте для подогрева воздуха, подаваемого извне в помещения. Для ограничения воздействия вредных веществ, содержащихся в воздухе, устанавливается их предельно допустимая концентрация (ПДК). По степени действия на организм человека вредные вещества разделяются на четыре класса:

Класс	Степень воздействия	Значение ПДК, мг/м3
Первый	Чрезвычайно опасные	менее 0,1
Второй	Высокоопасные	0,1–1,0
Третий	Умеренноопасные	1,5–10,0
Четвертый	Малоопасные	более 10,0

В системах принудительной вентиляции наружный воздух подогревается в калорифере теплотой пара или горячей воды до температуры t _вп. В цехах со значительным выделением теплоты, влаги и токсичных веществ температура t _вп должна быть равна расчетной температуре воздуха t _в.

В жилых зданиях без специальной приточной системы вентиляции расход теплоты Q _в= 0. Для общественных и промышленных зданий

,

где – объемная теплоемкость воздуха, 1260 Дж/(м³К); – объем вентилируемого помещения по внутреннему замеру, м³; m – кратность обмена воздуха в помещении.

При расчете по укрупненным показателям отпуск теплоты определяют при известном объеме здания , а также по площади застройки. В таблицах 1.1 и 1.2 приведены значения вентиляционной характеристики для ряда типовых производственных и общественных зданий.

Таблица 1.1

Вентиляционные характеристики производственных и общественных зданий

Назначение зданий	Объем здания, тыс. м3	q в, Дж/(м3с0С)
Чугунолитейные цехи	10…50 50…100 100…150	1,28…1,17 1,17…1,05 1,05…0,95
Сталелитейные цехи	10…50 50…100 100…150	1,12…0,97 0,97…0,85 0,85…0,80
Термические цехи	До 10 10…30 30…75	1,52…1,40 1,40…1,17 1,17…0,70
Механосборочные и механические цехи	5…10 10…50 50…100 100…200	0,47…0,29 0,29…0,17 0,17…0,14 0,14…0,10
Деревообделочные цехи	До 5 5…10 10…50	0,69…0,58 0,58…0,53 0,53…0,47
Склады химикатов	До 1 1…2 2…5	– – 0,7…0,53
Магазины	1…2 2…5 5…10	– – –
Бытовые и административные здания	0,5…1,0 1…2 2…5 5…10 10…20	– – 0,17…0,14 0,14…0,13 0,13…0,11

Таблица 1.2

Вентиляционные характеристики служебных и общественных зданий

Назначение здания	q в	Назначение здания	q в
Административные здания, научно-исследовательские и проектные институты	0,21	Больницы	0,35
Клубы	0,24	Бани, лаборатории	1,2
Театры и кинотеатры	0,48	Предприятия питания, гаражи	0,94
Магазины, учебные заведения	0,12	Детские сады и ясли	0,12
Поликлиники, диспансеры	0,29	Школы	0,1

Для общественных зданий, расположенных в жилом районе, , где k ₂ = 0,4 – для зданий старой постройки, k ₂ = 0,6 – для новых зданий.

Для производственных, общественных, административных и коммунально-бытовых зданий максимальный отпуск теплоты на вентиляцию определяют по температуре наружного воздуха (параметры Б, [5]). Для зданий сельскохозяйственного назначения расчет выполняется по температуре наружного воздуха t _нр= t _нв – расчетной температуре для вентиляции – средней температуры наиболее холодного периода, составляющего 15 % длительности отопительного сезона (параметры А, [5])

.

При отпуск теплоты на вентиляцию не увеличивается, но при этом уменьшается кратность обмена воздуха

.

Рис. 1.3. График отпуска теплоты на вентиляцию: 1 – здания категории А; 2 – здания категории Б

При . Суточный расход теплоты на вентиляцию определяется по формуле: , где – средняя температура наружного воздуха за рабочий период суток;

– коэффициент суточной неравномерности работы системы вентиляции; – время работы системы вентиляции в течение суток.