ООО Свой Мастер & PoliStyle

Статьи:

Влияние на качество обогрева здания параметров отопления

Автор статьи: Пятин А.А., к.т.н., доцент каф. ТиГ, ФГБОУ ВПО «ВятГУ»

Под отоплением, по теории теплоснабжения, понимается непрерывный процесс поступления в отапливаемое помещение или здание потока тепловой энергии от отопительных приборов и трубопроводов системы отопления. Этот процесс совместно с внутренними тепловыделениями компенсирует потери теплопередачей в окружающую среду через внешние теплозащитные конструкции здания и затраты тепла на нагрев фильтрующегося через неплотности в здание холодного наружного воздуха.

В каждый момент времени этого процесса при наличии стационарного теплового режима в здании естественным образом возникает тепловой баланс, т.е. равенство поступающего и уходящего потоков тепловой энергии при каком-то постоянном значении температуры внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях. Таким образом, результатом (целью) процесса отопления является поддержание в отапливаемых помещениях постоянной температуры не ниже нормативно установленной в течение всего отопительного периода, причем именно поддержание температуры, а не отдача тепла является целью отопления и условием его качества, а невыполнение данного условия является непредоставлением услуги отопления. Например, в г. Кирове с расчетной температурой наружного воздуха для отопления равной -33 °С, согласно Правил предоставления коммунальных услуг гражданам, температура в жилых помещениях должна быть не ниже +20 °С (в угловых помещениях +22 °С). Также нормируется допустимое превышение внутренней температуры от нормативной – не более 4 °С, т.е. в отапливаемых жилых помещениях должна быть температура от 20 (22) °С до 24 (26) °С.

Исходя из вышеизложенного и на основе полученного в [1] уравнения отопления (отопительной тепловой нагрузки здания) проведем анализ влияния различных факторов (внешних условий теплоснабжения, характеристик системы отопления и теплозащиты здания) на качество отопления, т.е. температуру внутреннего воздуха. Общее уравнение для температуры внутреннего воздуха t_в °С, согласно [1], имеет вид:

где: t_н, °С – температура наружного воздуха; τ₁, °С и G, кг/с – температура и массовый расход прямой сетевой воды, поступающей из тепловой сети (или теплового пункта) в систему отопления здания; k_со, кВт/(м 2 ·°С) и F_со, м 2 – средний коэффициент теплопередачи и общая площадь теплоотдающих элементов системы отопления, и их произведение – k_соF_со, кВт/°С называется комплексом теплопередачи системы отопления; q_о, кВт/(м 3 ·°С) и μ, отн. ед. или % – удельная отопительная характеристика здания и коэффициент инфильтрации наружного воздуха в здание; V_н, м 3 – наружный объем здания; Q_тв, кВт – мощность внутренних тепловыделений (люди, электроприборы, газовые плиты и т.д.); c_в ≈ 4,1868 кДж/(кг·°С) – удельная теплоемкость воды (стандартная).

Величины τ₁ и G задают условия теплоснабжения, величины k_со и F_со – характеризуют систему отопления, а q_о, μ и Q_тв – теплозащитные, проникающие свойства ограждающих конструкций здания и внутренние тепловыделения.

Отопительная тепловая нагрузка Q_о, кВт определяется уравнениями охлаждения теплоносителя и теплового баланса помещения [1]:

где: Q_т, кВт и Q_и = μ· Q_т, кВт потери тепла теплопередачей через теплозащитные ограждения и затраты тепла на нагрев фильтрующегося воздуха; τ₁ и τ₂, °С – температуры прямой и обратной сетевой воды системы отопления. Из уравнения баланса видно что внутренняя температура, входящая в Q_т зависит от соотношения трех тепловых потоков Q_о, Q_и и Q_тв, причем, если внутренние тепловыделения в среднем практически постоянны, то затраты тепла на инфильтрацию зависят от температуры наружного воздуха подобно потерям теплопередачей.

Между тем, в практике расчетов отопления и его регулирования для жилых зданий (обычно это основная тепловая нагрузка систем теплоснабжения) условно принимается, что затраты тепла на инфильтрацию примерно равны внутренним тепловыделениям и их не учитывают, т.е. считается, что:

Исходя из этого условия, разрабатывается отопительный температурный график регулирования отпуска тепла (рис. 1) – график зависимости температуры τ₁ поступающей в отопительные приборы прямой сетевой воды от температуры наружного воздуха. Этот график реализует качественный метод регулирования отпуска тепла путем изменения температуры прямой сетевой воды при постоянном ее расходе.

Проанализируем влияние составляющих уравнения (3) теплового баланса здания и параметров процесса на качество отопления на примере одного здания и определим возможности улучшения качества отопления до нормативного уровня различными способами.

Рис. 1 Отопительный температурный график 95/70 °С для систем отопления

Пусть жилое кирпичное здание объемом V_н1=10000 м 3 жилой площадью 3207 м 2 в районе г. Кирова по измеренным данным при температуре наружного воздуха t_н= -20 °С и температуре прямой сетевой воды τ₁=80 °С при расходе воды через систему отопления G=2.0 кг/с имеет температуру обратной сетевой воды τ₂=63 °С и среднюю температуру воздуха в помещениях t_в=21,1 °С. Тогда, при обычной плотности тепловыделений 10 Вт/м 2 по жилой площади их мощность равна Q_тв=32,07 кВт, а отопительная нагрузка равна Q_о=142,351 кВт [1], и общая мощность теплопоступлений составляет 174,421 кВт. При обычном коэффициенте инфильтрации 10%, потери теплопередачей составят Q_т=158,565 кВт, а затраты на инфильтрацию Q_и=15,856 кВт.

При заданной отопительной нагрузке и температурах сетевой воды по температурному графику τ_1г= 79,3 °С и τ_2г= 60,5 °С расчетный (проектный) расход сетевой воды составит G_р=Q_о/(c_в·(τ_1г— τ_1г))=1,36 кг/с, удельная отопительная характеристика здания q_о=Q_т/(V_н·(t_в-t_н))=0,386 Вт/(м 3· °С) и комплекс теплопередачи системы отопления k_соF_со=Q_о/(τ_ср-t_в)=2,824 кВт/°С, где τ_ср=71,5 °С – средняя температура теплоносителя.

Рассмотрим влияние условий теплоснабжения на качество отопления. Зависимости температуры внутреннего воздуха от перегрева или недогрева прямой сетевой воды (относительно температурного графика) и от ее расхода показаны на рис. 2. Из графиков видно, что изменение внутренней температуры за отопительный период (при t_н = 8…-33°С) составляет от 25 до 18,5 °С, т.е. превышает нормативные 4 °С; в расчетном режиме при -33 °С температура будет равна 18,5 °С, т.е. будет ниже нормативной; повышение или понижение температуры сетевой воды на 10 °С приводит к повышению или понижению внутренней температуры на 3,64 °С, а регулирование внутренней температуры изменением расхода особенно чувствительно в области низких наружных температур и носит существенно нелинейный характер в области расходов, близких к расчетному значению (1,36 кг/с).

На рис. 3 даны зависимости температуры внутреннего воздуха от комплекса теплопередачи, т.е. от коэффициента теплопередачи и площади теплоотдачи (теплопередачи) отопительных приборов и трубопроводов системы отопления. Оказывается, что повышение комплекса до значения 4,0 кВт/°С (увеличение в 1,4 раза) обеспечивает практически постоянную температуру воздуха в помещениях. Этого можно достичь, например, увеличением площади отопительных приборов. Кроме того, за счет интенсификации внешней теплоотдачи отопительных приборов (снятие ограждений, очистка, внешний обдув, замена приборов…) можно также увеличить коэффициент и комплекс теплопередачи на 10-20%, что повысит температуру воздуха еще на 2-3,5 °С.

Рис. 2 Зависимость температуры внутреннего воздуха от температуры и расхода прямой сетевой воды, поступающей в систему отопления здания.

Рис. 3 Зависимость температуры внутреннего воздуха от комплекса теплопередачи системы отопления здания

Рис. 4 Зависимость температуры внутреннего воздуха от удельной отопительной характеристики здания, инфильтрации и внутренних тепловыделений.

На рис. 4 приведены зависимости температуры внутреннего воздуха от характеристик теплозащиты здания и внутренних тепловыделений. Графики показывают, что уменьшение отопительной характеристики здания до значения 0,29 Вт/(м 3 °С), т.е. на 25%, приводит к практически постоянной температуре внутреннего воздуха на уровне 28…29°С. Это уменьшение может быть обеспечено утеплением стен, заменой окон и дверей, а нормативный, более низкий уровень внутренней температуры 20…22 °С может быть восстановлен уменьшением температуры и/или расхода сетевой воды. Также имеется существенная зависимость внутренней температуры от инфильтрации в здание – каждые 10% роста коэффициента инфильтрации приводят к снижению внутренней температуры на 2,3 °С, причем эта зависимость увеличивается со снижением наружной температуры.

Согласно рис. 4, внутренние тепловыделения линейно влияют на внутреннюю температуру: каждые дополнительные 10 кВт (1 Вт/м 3 ) мощности повышают температуру внутреннего воздуха на 1,5 °С в среднем по зданию.

Показанные зависимости отражают влияние на качество отопления (температуру внутреннего воздуха) каждого параметра в отдельности. Между тем, в реальности, они действуют и изменяются совместно, непрерывно и во многом независимо друг от друга. Всегда могут быть, и имеются некоторые отклонения температуры прямой сетевой воды от температурного графика, колебания ее расхода, воздействия жильцов на систему отопления (закрытие кожухами или наращивание/замена отопительных приборов), изменение теплозащитных свойств здания (замена окон, деградация теплозащитных материалов,…), изменение инфильтрации при уплотнении окон и дверей и изменение мощности внутренних тепловыделений (количества электроприборов, людей,…).

Поэтому при проектировании или эксплуатации здания и его системы отопления необходимо и желательно учитывать все входящие в уравнение (1) влияющие факторы (параметры) процесса отопления, таким образом, чтобы обеспечить высокое качество отопления – постоянную внутреннюю температуру нормативного уровня в расчетном интервале температур наружного воздуха.

Приведенные функции (1, 2), полученные графические зависимости и оценки влияния отдельных факторов на качество отопления могут быть полезны проектирующим и эксплуатирующим организациям, а также организациям, занимающимся энергоаудитом, разработкой и реализацией энергосберегающих программ. Данные результаты могут быть использованы для выбора оптимального комплекса режимных и технических мероприятий обеспечивающих нормативное и постоянное качество отопления при минимальных затратах тепловой энергии и расходах теплоносителя.

Параметры качества теплоснабжения

Условия о значениях параметров качества теплоснабжения и параметров, отражающих допустимые перерывы в теплоснабжении, а также пределы разрешенных отклонений значений таких параметров

1. Параметры качества теплоснабжения

1.1. Температура теплоносителя в подающем трубопроводе. Значение температуры теплоносителя определяется в точке поставки на границе раздела элементов внутридомовых инженерных систем и централизованных сетей инженерно-технического обеспечения как среднесуточное значение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе по температурному графику, указанному в файле «Адреса многоквартирных домов и параметры качества».

1.2. Давление теплоносителя в подающем трубопроводе (P). Значение давления теплоносителя в подающем трубопроводе определяется в точке поставки на границе раздела элементов внутридомовых инженерных систем и централизованных сетей инженерно-технического обеспечения как среднесуточное значение равное значению, указанному в файле » Адреса многоквартирных домов и параметры качества».

Данный пункт не применяется, если теплопотребляющие установки подключены к тепловым сетям системы теплоснабжения по независимой схеме и (или) регулятор давления и (или) регулятор расхода установлен на теплопотребляющих установках.

1.3. Значения температуры и давления теплоносителя в подающем трубопроводе определяются с учетом необходимости обеспечения установленных значений нормативной температуры воздуха в жилых помещениях и давления во внутридомовой системе отопления, предусмотренных приложением №1 Правил предоставления коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов, утвержденными Постановлением Правительства РФ от 06.05.2011 №354 (далее — Правила предоставления коммунальных услуг).

2. Параметры, отражающие допустимые перерывы в теплоснабжении

2.1. Параметры, отражающие допустимые перерывы в теплоснабжении, предусматривают допустимую сторонами настоящего Договора продолжительность прекращения в точке поставки подачи тепловой энергии и (или) теплоносителя в подающем трубопроводе (перерывы в теплоснабжении).

2.2. Ресурсоснабжающая организация обеспечивает бесперебойное круглосуточное отопление в течение отопительного периода, при этом допускаются отклонения от данной величины согласно пределам разрешенных отклонений параметров, согласованных Сторонами в п.3.

3. Пределы разрешенных отклонений значений параметров качества теплоснабжения

Пределы разрешенных отклонений значений параметров качества теплоснабжения определяются диапазоном значений параметров качества теплоснабжения и допустимой продолжительностью отклонения значений параметров качества теплоснабжения за пределами указанного диапазона.

Диапазон значений параметров качества теплоснабжения и допустимая продолжительность отклонения значений параметров качества теплоснабжения за пределами диапазона значений параметров качества теплоснабжения определяется:

3.1. Диапазон значений параметров качества теплоснабжения :

• по температуре воды, поступающей в тепловую сеть, — +/- 3%.

Указанные величины дополнительно увеличиваются на величину погрешности теплосчетчика, но не более чем максимально допускаемую относительную погрешность теплосчетчика, определенную в соответствии с методикой осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя, утвержденной Министерством строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации.

3.2. Допустимая продолжительность отклонения значений параметров качества теплоснабжения за пределами диапазона значений параметров качества теплоснабжения определяются с учетом необходимости обеспечения установленных значений нормативной температуры воздуха в жилых помещениях и давления во внутридомовой системе теплоснабжения в соответствии с Правилами предоставления коммунальных услуг.

4. Пределы разрешенных отклонений значений параметров, отражающих допустимые перерывы в теплоснабжении

Пределы разрешенных отклонений значений параметров, отражающих допустимые перерывы в теплоснабжении, определяются с учетом необходимости обеспечения допустимой продолжительности перерывов коммунальной услуги по отоплению в соответствии с Правилами предоставления коммунальных услуг.

1 Диапазон значений температуры теплоносителя определен в рамках предельных значений отклонений по температуре воды, предусмотренных правилами технической эксплуатации тепловых энергоустановок, утвержденными федеральным органом исполнительной власти, увеличенных на величину погрешности теплосчетчика, которая не может превышать максимально допускаемую относительную погрешность теплосчетчика, определенную в соответствии с методикой осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя, утвержденной Министерством строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации.