Специальная часть. 
Разработка проекта теплоснабжения жилого квартала города

Расчет тепловых нагрузок

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:

• — сезонная;
• — круглогодовая.

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 отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха. Ни один из указанных видов нагрузки не имеет круглогодового характера. Отопление и венти ляция 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.

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 тепло вых нагрузок корректируют по действи тельным расходам. С течением времени это дает возможность установить проверенную тепловую характеристику для каждого по требителя.

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 = Q_T + Q_и = Q_o + Q_ТВ, (1).

где: Q — суммарные тепловые потери зда ния;

Q_T -теплопотери теплопередачей че рез наружные ограждения;

Q — теплопо тери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха;

Q_Q -подвод теплоты в здание через отопи тельную систему;

Q_тв — внутренние тепло выделения.

Тепловые потери здания в основном за висят от первого слагаемого Q_T, поэтому для удобства расчета можно тепловые поте ри здания представить так:

Q = Q_T (1+ µ), (2).

где: µ = Q_H/Q_T — коэффициент инфильтра ции, представляющий собой отношение теплопотерь инфильтрацией к теплопотерям те плопередачей 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 тепловыделе ния носят в значительной мере случайный характер и не поддаются никакому регули рованию во времени.

Кроме того, тепловыделения не распре деляются равномерно по зданию. В поме щениях с большой плотностью населения Тепловое потребление для целей горячего водоснабжения в те чение года изменяется сравнительно мало, но отличается большой неравномерностью по часам суток. Летом расход тепла в системах горячего водоснабжения жилых зданий по сравнению с зимой уменьшается на 30−35%. Это объясняется тем, что в летнее время температура воды в холодном водопроводе на 10−12°С выше, чем в зимний период. Кроме того, значительная часть город ского населения летом в субботние и воскресные дни выезжает в загородные зоны, т. е. в те дни, когда в жилом секторе зимой наблюдаются максимальные разборы горячей воды.

Горячее водоснабжение жилого района, из которого следует что тепловые нагрузки на горячее водоснабжение имеют не толь ко резкие колебания внутри суток, но и в течение недели. В жилых домах, оборудованных ваннами, максимальные расходы тепла зи мой наблюдаются в предвыходные и предпраздничные дни.

В промышленности технологи ческие аппараты нередко потребляют тепло в больших количествах и весьма разнообразно по времени. Это, например, различ ные сушильные и пропа рочные камеры, варочные котлы, гальванические ванны и др.

Удельные нормы тех нологического потребле ния тепла относят к еди нице продукции; они не прерывно изменяются в связи с постоянным со вершенствованием техно логических процессов. По этому расходы тепла на производственные нужды следует определять по материалам технологических проектов или по ведомственным нормам проектирования.

Большое разнообразие тепловых нагрузок различных промыш ленных предприятий, жилых и общественных зданий, несовпадение По времени их максимумов при водит к необходимости построения графиков теплового потребления, как для отдельных зданий, так и для района теплоснабже ния в целом. Графики теплового потребления характеризуют изме нение, тепловых нагрузок повре мени. При определении мощности котельной подбор оборудования, расчет тепловых нагрузок производятся по укрупненным измерителям, в зависимости от объема зданий.

Таблица 1- Расчётные размеры зданий.

При расчете были приняты следующие размеры зданий, для 9-ти этажного дома длина секции -22 метра, ширина секции -11 метров, высота этажа — 3 метра.

Производится расчет для следующих потребителей тепла :

• — системы отопления;
• — системы вентиляции;
• — горячего водоснабжения.

Максимальный тепловой поток на отопление, Вт:

Q_о = q_о· V· (t_i -t_о) * б (3).

где: t_о— расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, принимаем по (табл.1.3), tо = -33⁰С;

t_i -расчетная температура внутреннего воздуха для жилых зданий, принято.

t_i -20 С для общественных зданий.

V — объем здания по наружному обмеру, м³;

q_о— удельная отопительная характеристика здания, Вт/м³, принимаем по (, табл 1.7,1.10);

б — поправочный коэффициент, (, табл 1.8), б =0,97.

1) 9-ти этажный жилой дом 4-х секционный.

Q_o = 0,427· 26 136· (20+33) · 0,97 = 573,7 кВт;

2) 9-ти этажный жилой дом 6-х секционный.

Q_o = 0,406· 39 204· (20+33) · 0,97 =818,3 кВт;

3) Школа 3-х этажная на 1100 учащихся.

Q_o= 0,383· 10 200· (20+33) · 0,97 =200,8 кВт;

4) 9-ти этажный жилой дом 2-х секционный.

Q_o = 0,429· 13 068· (20+33) · 0,97 =288,2 кВт;

5) Детский сад 2-х этажный на 300 мест.

Q_o = 0,394· 6500· (22+33) · 0,97 =131,6 кВт;

Максимальный тепловой поток на вентиляцию, Вт:

Q_v = q_v· V· (t_i -t_v) (4).

где: t_v — расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, принимаем по (, таблица 1.3); t_v = -19⁰С.

q_v — удельная вентиляционная характеристика здания, Вт/м, принимается по:

Детский сад на 250 мест.

Q_{v =} 0,081· 10 200· (53) =43,8 кВт Школа на 1000 учащихся.

Q_{v =} 0,116· 6500· (55) =41,5 кВт Тепловой поток на ГВС, кВт, с учетом потерь тепла подающими и циркуляционными трубопроводами:

Q^h_T=1,16· g^h_T·(55-t_c)·1,2 (5).

где: t _c — температура холодной воды в наружном водопроводе, С, принимается 5−10 С;

g^h_T — расход горячей воды потребителем, м³ /ч:

(6).

где: g^h_U -норма расхода горячей воды одним потребителем в сутки, л/сут;

число потребителей в здании, чел;

Тпериод водоразбора, ч.

Расчет проводится для каждого потребителя:

1) 9-ти этажный жилой дом 4 секции.

U= 576 чел.

q^h_u = 120 л/сут Т = 24 ч.

м³/час.

Q^h_т = 1,16 · 2,88· (55−5) · 1,1 = 183,744 кВт.

2) 9-ти этажный жилой дом 6 секции.

U= 864чел.

q^h_u = 120 л/сут Т = 24 ч.

м³/час.

Q^h_т = 1,16 · 4,32· (55−5) · 1,2 = 275,616 кВт.

3) Школа общеобразовательная на 1000.

U=1000 чел.

q^h_u = 3,5 л/смена Т = 8ч.

м³/час.

Q^h_т = 1,16 · 0,875· (55−5) · 1,2 =55,825 кВт.

4) 9-ти этажный жилой дом 2 секции.

U= 288 чел.

q^h_u = 120 л/сут Т = 24 ч.

м³/час.

Q^h_т = 1,16 · 1,44· (55−5) · 1,2 = 91,872 кВт.

5) Детский сад на 250.

U= 320 чел.

q^h_u = 16 л/смена Т = 10 ч.

м³/час.

Q^h_т = 1,16 · 0,8· (55−5) · 1,2 = 51,04 кВт.