Что такое расход тепла. Тепловой расчет системы отопления: формулы, справочные данные и конкретный пример. Расчет затрат на отопление

При определении тепловой нагрузки системы отопления учитыва­ются особенности теплового режима помещений. В помещениях с пос­тоянным тепловым режимом, к которым относятся промышленные здания с непрерывным технологическим процессом, сельскохозяйственные помещения и общественные здания, тепловая нагрузка системы отопле­ния определяется из теплового баланса помещения. Тепловой баланс устанавливает равновесие между тепловыми потерями здания и теплопритоком, откуда расход тепла на отопление будет равен

Q о = Q т +Q м – Q вн (1.1)

где Q о - расход теплоты на отопление, кВт;

Q т - тепловые потери здания теплопередачей через наруж­ные ограждающие конструкции и инфильтрацией из-за поступления в помещение холодного воздуха через неплотности, кВт

Q м - расход теплоты на обогрев материалов, поступающих в помещение, кВт;

Q вн - внутренние тепловыделения, кВт.

Расчетные (максимальные) потери теплоты промышленными здани­ями через наружные ограждения и инфильтрацией определяются по формуле

Q т max = (1+μ)(t в – t но) q o V 10 -3 (1.2)

где μ - коэффициент инфильтрации;

t но - расчетная температура наружного воздуха для расчета отопления, принимается в зависимости от климатического района (приложение В), °С;

t в - усредненная температура внутреннего воздуха отдельных помещений здания, принимается в зависимости от назначения помещения (приложение Д), С;

q o - удельная отопительная характеристика здания, завися­щая от строительного объема здания и его назначения (приложение Г), Дж/(с.м 3 .К);

V - строительный объем отдельного здания по наружному обмеру, м 3 .

При выборе температуры внутреннего воздуха для производствен­ных зданий следует учитывать интенсивность труда. По интенсивности труда все виды работ делятся на три категории: легкие, средней тяжести и тяжелые. К легким относятся работы, выполняемые сидя и стоя, не требующие систематического физического напряжения (про­цессы точного приборостроения, конторские работы и др.) К кате­гории работ средней тяжести относятся работы, связанные с посто­янной ходьбой, переносом тяжестей до 10 кг (механосборочные це­ха, обработка древесины, текстильное производство и др.). К ка­тегории тяжелых работ относятся работы с систематическим физичес­ким напряжением (кузнечные, литейные цеха и др).

Коэффициент инфильтрации определяется по выражению

где b - постоянная инфильтрации, для отдельно стоящих про­мышленных зданий принимается b =0,035 - 0,040 c/m,

g - ускорение свободного падения, м/с;

L - свободная высота здания, м. Для общественных и адми­нистративных зданий принимается равной высоте этажа. Для промышленных зданий можно принимать значения L = 5-25 м.

w в - средняя скорость ветра для наиболее холодного месяца (приложение В), м/с.

Расход теплоты на обогрев разнородных материалов, поступаю­щих в производственное помещение в холодное время года, кВт

Q м max = ∑G м i · c i (t в – t м), (1.4)

где і - количество наименований материалов;

с і - удельная теплоёмкость материала (таблица I), қДж/(кг.град)

t м - температура материала, о С. Ориентировочно принимает­ся; для металлов и металлических изделий t м =t но, для других несыпучих материалов t м =t но +10 о С для сыпучих материалов t м =t но +20 о С

G мi - масса однородного материала, поступающего в цех, кг/с.

Общий расход материала промышленным предприятием, заданий в приложении Б, необходимо распределить по цехам, в соответствии с назначением цехов. Список рекомендуемых материалов приведен в таблице I.

Таблица 1 - Удельная теплоёмкость некоторых материалов

Внутренние тепловыделения промышленных предприятий довольно устойчивы и составляют существенную долю расчетной отопительной нагрузки, поэтому их необходимо учитывать при разработке режима теплоснабжения. Источниками внутренних тепловыделений в производ­ственных помещениях являются; механическое и электрическое обо­рудование, нагретые поверхности аппаратов, установок и трубопро­водов, поверхности нагретых ванн, электроосвещение, работающие люди, остывающие материалы и продукты сгорания и т.д. Ниже при­ведена методика ориентировочного расчёта тепловыделений от тех­нологического оборудования, электроосвещения и работающих людей.

Общее количество внутренних тепловыделений в отдельных промышленных зданиях, кВт

В том случае, если отсутствуют фактические данные или про­екты технологических процессов, внутренние тепловыделения от обо­рудования вычисляются по аналогам. Для горячих цехов тепловыде­ления от производственного оборудования и технологическах процес­сов, кВт

где q n - удельная теплонапряженность помещения (таблица 2), кВт/м 3 ;

V - строительный объем помещения, м 3 .

Таблица 2 - Удельная теплонапряженностъ горячих цехов /18/, кВт/м 3

В цехах не относящихся к горячим, одним из основных видов внутренних тепловыделений, будет теплота от технологического оборудования, снабженного электроприводом. Поступление теплоты от электродвигателей механического оборудования и приводимых ими в действие машин, кВт .

где k сп - коэффициент спроса на электроэнергию (таблица 3);

k п - коэффициент, учитывавший полноту загрузки электро­двигателей k п =0,9-1;

k Т - коэффициент перехода теплоты в помещение, Для метал­лорежущих станков k Т = 0,9-1; для вентиляторов и насосов

η - к.п.д электродвигателя при полной его загрузке η=0,85-0,9;

q эл - удельная плотность электрической силовой нагрузки (таблица 4), кВт/м 2 ;

F - площадь пола помещения цеха, м 2 .

Таблица 3 - Коэффициент cпроса на электроэнергию

Таблица 4 - Удельные плотности электрических нагрузок на 1м 2 полезной площади производственных зданий

Количество теплоты, поступающей в помещение от источников искусственного освещения, вычисляют по удельным показателям

где F - площадь пола помещения, м 2 ;

q ос - удельная плотность электрической осветительной нагрузки (таблица 4), кВт/м 2 .
Тепловыделения от людей определяются в зависимости от зат­рат ими энергии и температуры воздуха в помещении. Полное коли­чество теплоты, кВт

где m" - количество людей в помещении;

q л -удельное количество полной теплоты, выделяемой од­ним работающим (таблица 5), кВт.

Таблица 5- Удельное полное количество теплоты, выделяемое взрослыми людьми /1/, кВт

Для расчета количества работающих в здании можно воспользо­ваться приближенными формулами. Для производственных цехов коли­чество работающих в одну смену, приближенно равно

для административных зданий

где V - строительный объем цеха или здания, м 3 .

Расчетный расход теплоты на отопление жилого района, при отсутствии данных о типе застройки и наружном объеме жилых и общественных зданий, согласно СНиП П-З6-73 рекомендуется определять по формуле

где q ж - укрупненный показатель максимального расхода теп­лоты на отопление 1 м 2 жилой площади (таблица 6), кДж/(с.м 2);

F ж - жилая площадь, определяется исходя из 12 м 2 на од­ного жителя района, м 2 ;

k 0 - коэффициент, учитывающий расход теплоты на отопле­ние общественных зданий, при отсутствии фактических данных рекомендуется принимать k 0 =0,25

Таблица 6 - Укрупненный показатель максимального расхода теплоты на отопление жилых зданий

1.1.1.Расчетные максимального расхода теплоты (Вт) на отопление жилых, общественных и административных зданий определяют по укрупненным показателям

= q o ∙ V (t в t н.р.),

=1.07∙0.38∙19008(16-(-25))=239588.2

Где q о  удельная отопительная характеристика здания при t н.р. = 25С (Вт/м  С);

  поправочный коэффициент, учитывающий климатические условия района и применяемый в тех случаях, когда расчетная температура наружного воздуха, отличается от  25С, V объем здания по наружному обмеру, м 3 ; t в расчетная температура воздуха внутри отапливаемого здания, t н.р.  расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, С, см. Прилож.2.

Расчет производился для абонента-№1школы. Для всех остальных расчет производился по выше предложенной формуле, результаты занесены в таблицу 2.2.

1.1.2.Средний тепловой поток (Вт) на отопление





Расчет производился для абонента-№1школы. Для всех остальных расчет производился по выше предложенной формуле, результаты занесены в таблицу 2.2.

Где t н.р.ср.  расчетная средняя температура наружного воздуха для проектирования отопления, С (приложение 2).

1.2.Определение расхода теплоты на вентиляцию.

1.2.1Максимальный расход теплоты на вентиляцию, Q в max , Вт

Q в max = q в  V   (t в  t н.в.)

Q в max =1,07190080,29(16-(-14))

Где q в  удельная характеристика здания для проектирования системы вентиляции.

1.2.2.Средний расход теплоты на вентиляцию, Q в ср, Вт

Q в ср = Q в max 

Q в ср =176945,5 

Расчет производился для абонента-№1школы. Для всех остальных расчет производился по выше предложенной формуле, результаты занесены в таблицу 2.2.

1.3. Определение расхода теплоты на горячее водоснабжение.

1.3.1 Средний расход тепла на горячее водоснабжение промышленных зданий, Q ср г.в.с., Вт

Q г.в.с. ср =

где   норма расхода горячей воды (л/сут) на единицу измерения (СниП 2.04.01.85),

m  количество единиц измерений;

c  теплоемкость воды С = 4187 Дж/кг  С;

t г, t х  температура горячей воды, соответственно подаваемой в систему горячего водоснабжения и холодной воды, С;

h  расчетная длительность подачи тепла на горячее водоснабжение, С/сутки, ч/сутки.

1.3.2 Средний расход теплоты на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий, Q г.в.с., Вт

Расчет производился для абонента-№1школы. Для всех остальных расчет производился по выше предложенной формуле, результаты занесены в таблицу 2.2.

где m  число человек,

  норма расхода воды на г.в.с. при температуре 55 С на одного человека в сутки (СНиП 2.04.0185, приложение3)

в  норма расхода воды на горячее водоснабжение принимаемая 25 л/сутки на 1 человека;

t х  температура холодной воды (водопроводной) в отопительный период (при отсутствии данных принимается равной 5С)

с  теплоемкость воды, С = 4,187 кДж/(кгС)

1.3.3.Максимальный расход теплоты на горячее водоснабжение,
,Вт

134332,9

Расчет производился для абонента-№1школы. Для всех остальных расчет производился по выше предложенной формуле, результаты занесены в таблицу 2.2.

Таблица 2.1

1.3.4. Годовые расходы тепла жилыми и общественными зданиями

а) На отопление

;

б) На вентиляцию

;

в) На горячее водоснабжение

где n о, n r – соответственно продолжительность отопительного периода и длительность работы системы горячего водоснабжения в сек/год, (час/год).

Обычно n r = 30,2·10 5 с-год (8400ч/год);

t r – температура горячей воды.

г) Суммарный годовой расход тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Расчет расхода теплоты на отопление . Показатель зависит от времени суток, назначения помещения и типа здания, температуры наружного воздуха, продолжительности отопительного периода, наличия в помещении нагретых поверхностей и пр.

Расход теплоты в рабочее время (МДж/ч) рассчитывают по удельным тепловым характеристикам:

В зависимости от времени суток расход теплоты на отопление (МДж/ч) промышленных предприятий определяют по формуле

Температура воздуха в помещении в рабочее время должна соответствовать рекомендациям по эксплуатации вентиляционных установок.

Часовой расход теплоты в нерабочее время определяют по формуле, используемой при расчете расхода теплоты в рабочее время, с учетом снижения температуры воздуха в помещении в нерабочее время до 5 °С.

Удельная тепловая характеристика зависит от назначения помещения и типа здания. Например, для производственных помещений, расположенных в одноэтажном корпусе, q 0 составляет 0,75—2,1 МДж/(м 3 . ч. К); для производственных помещений, расположенных в многоэтажном здании, — 0,20 — 1,05 кДжДм 3 . ч. К); для бытовых и вспомогательных помещений — 1,4 —2,5 кДжДм 3 -ч-К); для складов — 2,50 — 3,35 кДжДм 3 -ч. К); для административных зданий — 1,7 — 2,6 кДжДм 3 . ч. К).

Поправочный коэффициент а зависит от температуры наружного воздуха. Так, для общественных зданий при t H 0 = -10° С а = = 1,45; при t H 0 = -20 °С а = 1,17 и т.д.

в нерабочее время

В зависимости от наличия в помещении нагретых поверхностей поступление теплоты (МДж) рассчитывают по следующим формулам:

от нагретых поверхностей оборудования

от нагретого материала

от электропривода

В зависимости от отопительного периода расход теплоты (МДж) рассчитывают по следующим формулам: в рабочее время

Система отопления промышленных предприятий должна обеспечивать тепловой баланс между количеством теплоты, покупаемой от нагретых поверхностей технологического оборудования, нагретого материала, людей и т.д., и количеством тепловых потерь через наружные ограждения зданий.

от работающих людей

Тепловые потери через строительные ограждения помещений складываются из тепловых потерь через стены здания, покрытие, дверные и оконные проемы.

Перенос теплоты Q через стены здания и оконные проемы протекает в три стадии: от воздуха в помещении к внутренней поверхности стен зданий Q h через стены здания Q 2 и от наружной поверхности стен в окружающую среду Q 3 .

Количество теплоты, теряемой через стены здания, рассчитывают по формуле

Приближенно тепловые потери (кДж/ч) помещений определяют по формуле

Если производственный корпус имеет много окон, то целесообразно учитывать дополнительный расход теплоты на отопление исходя из тепловых потерь оконных проемов в отопительный период.

Расчет проводят по формуле

В случае если стена не аккумулирует теплоту, можно считать, что

где К — коэффициент теплопередачи, зависящий от типа остекления; F 0 K — площадь окон, м 2 ; п 0 — число дней отопительного периода; т — время работы, ч; / вн р — температура внутри здания в рабочее время, °С; *н.ср — средняя температура отопительного периода, °С.

В зависимости от типа остекления зданий коэффициент теплопередачи может иметь следующие значения, кДж/(м 2 - К): однослойное остекление — 4,5; двухслойное остекление с деревянными спаренными оконными переплетами — 2,9; двухслойное остекление с металлическими спаренными переплетами — 3,25; двухслойное остекление с деревянными раздельными переплетами — 2,67; двухслойное остекление с металлическими раздельными переплетами — 3,02.

На начальном этапе обустройства системы теплоснабжения любого из объектов недвижимости выполняется проектирование отопительной конструкции и соответствующие вычисления. Обязательно следует произвести расчет тепловых нагрузок, чтобы узнать объемы потребления топлива и тепла, необходимые для обогрева здания. Эти данные требуются, чтобы определиться с покупкой современного отопительного оборудования.

Тепловые нагрузки систем теплоснабжения

Понятие тепловая нагрузка определяет количество теплоты, которое отдают приборы обогрева, смонтированные в жилом доме или на объекте другого назначения. До того, как установить оборудование, данный расчет выполняют, чтобы избежать излишних финансовых расходов и других проблем, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации отопительной системы.

Зная основные рабочие параметры конструкции теплоснабжения можно организовать эффективное функционирование обогревательных приборов. Расчет способствует реализации задач, стоящих перед отопительной системой, и соответствие ее элементов нормам и требованиям, прописанным в СНиПе.

Когда вычисляется тепловая нагрузка на отопление, даже малейшая ошибка может привести к большим проблемам, поскольку на основании полученных данных в местном отделении ЖКХ утверждают лимиты и другие расходные параметры, которые станут основанием для определения стоимости услуг.

Общая величина тепловой нагрузки на современную отопительную систему включает в себя несколько основных параметров:

• нагрузку на конструкцию теплоснабжения;
• нагрузку на систему обогрева пола, если она планируется к установке в доме;
• нагрузку на систему естественной и/или принудительной вентиляции;
• нагрузку на систему горячего водоснабжения;
• нагрузку, связанную с различными технологическими нуждами.

Характеристики объекта для расчета тепловых нагрузок

Правильно расчетная тепловая нагрузка на отопление может быть определена при условии, что в процессе вычислений будут учтены абсолютно все, даже малейшие нюансы.

Перечень деталей и параметров довольно обширен:

• назначение и тип объекта недвижимости . Для расчета важно знать, какое здание будет обогреваться - жилой или нежилой дом, квартира (прочитайте также: " "). От типа постройки зависит норма нагрузки, определяемая компаниями, поставляющими тепло, а, соответственно, расходы на теплоснабжение;
• архитектурные особенности . Во внимание принимаются габариты таких наружных ограждений, как стены, кровля, напольное покрытие и размеры оконных, дверных и балконных проемов. Немаловажными считаются этажность здания, а также наличие подвалов, чердаков и присущие им характеристики;
• норма температурного режима для каждого помещения в доме . Подразумевается температура для комфортного пребывания людей в жилой комнате или зоне административной постройки (прочитайте: " ");
• особенности конструкции наружных ограждений , включая толщину и тип стройматериалов, наличие теплоизоляционного слоя и используемая для этого продукция;
• назначение помещений . Эта характеристика особо важна для производственных зданий, в которых для каждого цеха или участка необходимо создать определенные условия относительно обеспечения температурного режима;
• наличие специальных помещений и их особенности. Это касается, например, бассейнов, оранжерей, бань и т.д.;
• степень техобслуживания . Наличие/отсутствие горячего водоснабжения, централизованного отопления, системы кондиционирования и прочего;
• количество точек для забора подогретого теплоносителя . Чем их больше, тем значительнее тепловая нагрузка, оказываемая на всю отопительную конструкцию;
• количество людей, находящихся в здании или проживающих в доме . От данного значения напрямую зависят влажность и температура, которые учитываются в формуле вычисления тепловой нагрузки;
• прочие особенности объекта . Если это промышленное здание, то ими могут быть, количество рабочих дней на протяжении календарного года, число рабочих в смену. Для частного дома учитывают, сколько проживает в нем людей, какое количество комнат, санузлов и т.д.

Расчет нагрузок тепла

Выполняется расчет тепловой нагрузки здания относительно отопления на этапе, когда проектируется объект недвижимости любого назначения. Это требуется для того, чтобы не допустить лишние денежные траты и правильно выбрать отопительное оборудование.

При проведении расчетов учитывают нормы и стандарты, а также ГОСТы, ТКП, СНБ.

В ходе определения величины тепловой мощности во внимание принимают ряд факторов:

Расчет тепловых нагрузок здания с определенной степенью запаса необходимо, чтобы не допустить в дальнейшем лишних финансовых расходов.

Наиболее необходимость таких действий важна при обустройстве теплоснабжения загородного коттеджа. В таком объекте недвижимости монтаж дополнительного оборудования и других элементов отопительной конструкции обойдется невероятно дорого.

Особенности расчета тепловых нагрузок

Расчетные величины температуры и влажности воздуха в помещениях и коэффициенты теплопередачи можно узнать из специальной литературы или из технической документации, прилагаемой производителями к своей продукции, в том числе и к теплоагрегатам.

Стандартная методика расчета тепловой нагрузки здания для обеспечения его эффективного обогрева включает последовательное определение максимального потока тепла от обогревательных приборов (радиаторов отопления), максимального расхода тепловой энергии в час (прочитайте: " "). Также требуется знать общий расход тепловой мощности в течение определенного периода времени, например, за отопительный сезон.

Расчет тепловых нагрузок, в котором учитывается площадь поверхности приборов, участвующих в тепловом обмене, применяют для разных объектов недвижимости. Такой вариант вычислений позволяет максимально правильно рассчитать параметры системы, которая обеспечит эффективный обогрев, а также произвести энергетическое обследование домов и зданий. Это идеальный способ определить параметры дежурного теплоснабжения промышленного объекта, подразумевающего снижение температуры в нерабочие часы.

Методы вычисления тепловых нагрузок

На сегодняшний день расчет тепловых нагрузок производится при помощи нескольких основных способов, среди которых:

• вычисление теплопотерь с использованием укрупненных показателей;
• определение теплоотдачи установленного в здании отопительно-вентиляционного оборудования;
• вычисление значений с учетом различных элементов ограждающих конструкций, а также добавочных потерь, связанных с нагревом воздуха.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания используется в тех случаях, когда информации о проектируемом объекте недостаточно или требуемые данные не соответствуют действительным характеристикам.

Для проведения подобных вычислений отопления используется несложная формула:

Qmax от.=αхVхq0х(tв-tн.р.) х10-6, где:

• α – поправочный коэффициент, учитывающий климатические особенности конкретного региона, где строится здание (применяется в том случае, когда расчетная температура отличается от 30 градусов мороза);
• q0 - удельная характеристика теплоснабжения, которую выбирают, исходя из температуры самой холодной недели на протяжении года (так называемой «пятидневки»). Читайте также: "Как рассчитывается удельная отопительная характеристика здания – теория и практика ";
• V – наружный объем постройки.

Исходя из вышеприведенных данных, выполняют укрупненный расчет тепловой нагрузки.

Виды тепловых нагрузок для расчетов

При осуществлении расчетов и выборе оборудования во внимание принимают разные тепловые нагрузки:

1. Сезонные нагрузки , имеющие следующие особенности:

   Им присущи изменения в зависимости от температуры окружающего воздуха на улице;
   - наличие отличий в величине расхода тепловой энергии в соответствии с климатическими особенностями региона местонахождения дома;
   - изменение нагрузки на отопительную систему в зависимости от времени суток. Поскольку наружные ограждения имеют теплостойкость, данный параметр считается незначительным;
   - расходы тепла вентиляционной системы в зависимости от времени суток.

2. Постоянные тепловые нагрузки . В большинстве объектов системы теплоснабжения и горячего водоснабжения они используются на протяжении года. Например, в теплое время года расходы тепловой энергии в сравнении с зимним периодом снижаются где-то на 30-35%.
3. Сухое тепло . Представляет собой тепловое излучение и конвекционный теплообмен за счет иных подобных устройств. Определяют данный параметр при помощи температуры сухого термометра. Он зависит от многих факторов, среди которых окна и двери, системы вентиляции, различное оборудование, воздухообмен, происходящий за счет наличия щелей в стенах и перекрытиях. Также учитывают количество людей, присутствующих в помещении.
4. Скрытое тепло . Образуется в результате процесса испарения и конденсации. Температура определяется при помощи влажного термометра. В любом по назначению помещении на уровень влажности влияют:

   Численность людей, одновременно находящихся в помещении;
   - наличие технологического или другого оборудования;
   - потоки воздушных масс, проникающих сквозь щели и трещины, имеющиеся в ограждающих конструкциях здания.

Регуляторы тепловых нагрузок

В комплект современных котлов промышленного и бытового назначения входят РТН (регуляторы тепловых нагрузок). Эти устройства (см. фото) предназначаются для поддержки мощности теплоагрегата на определенном уровне и не допускают скачков и провалов во время их работы.

РТН позволяют экономить на оплате за отопление, поскольку в большинстве случаев существуют определенные лимиты и их нельзя превышать. Особенно это касается промпредприятий. Дело в том, что за превышение лимита тепловых нагрузок следует наложение штрафных санкций.

Самостоятельно сделать проект и произвести расчеты нагрузки на системы, обеспечивающие отопление, вентиляцию и кондиционирование в здании, довольно сложно, поэтому данный этап работ, как правило, доверяют специалистам. Правда, при желании можно выполнить вычисления самостоятельно.

Gср - средний расход горячей воды.

Комплексный расчет тепловой нагрузки

Помимо теоретического решения вопросов, касающихся тепловых нагрузок, при проектировании выполняется ряд практических мероприятий. В состав комплексных теплотехнических обследований входит термографирование всех конструкций здания, включая перекрытия, стены, двери, окна. Благодаря данной работе удается определить и зафиксировать различные факторы, оказывающие влияния на потери тепла дома или промышленной постройки.

Тепловизионная диагностика наглядно показывает, каким будет реальный перепад температур при прохождении конкретного количества теплоты через один «квадрат» площади ограждающих конструкций. Также термографирование помогает определить

Благодаря теплотехническим обследованиям получают самые достоверные данные, касающиеся тепловых нагрузок и потерь тепла для конкретного здания в течение определенного временного периода. Практические мероприятия позволяют наглядно продемонстрировать то, что теоретические расчеты не могут показать – проблемные места будущего сооружения.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что расчеты тепловых нагрузок на ГВС, отопление и вентиляцию, аналогично гидравлическому расчету системы отопления, очень важны и их непременно следует выполнить до начала обустройства системы теплоснабжения в собственном доме или на объекте другого назначения. Когда подход к работе выполнен грамотно, безотказное функционирование отопительной конструкции будет обеспечено, причем без лишних затрат.

Видео пример расчета тепловой нагрузки на систему отопления здания: