Расчетные тепловые нагрузки на отопление, приточную вентиляцию и кондиционирование воздуха в зданиях определяются, как правило, по проектным данным с учетом фактических эксплуатационных данных.
При отсутствии проектных данных тепловые нагрузки рассчитываются по укрупненным измерителям для оценки часового потребления зданий.
Максимальные часовые отопительная Qо и вентиляционная Qв нагрузка здания, Гкал/ч, определяются соответственно по формулам:
где a — поправочный коэффициент (табл. 4);
qо и qв — соответственно удельные отопительная и вентиляционные тепловые характеристики здания, ккал/(м 3 ·ч· 0 C) (табл. 1, 2, 3);
V — объем здания по наружному обмеру, м 3 ;
tв.р — расчетная температура воздуха в помещениях, 0 C;
tн.р.о и tн.р.в – расчетные температуры наружного воздуха для проектирования соответственно отопления и вентиляции, 0 C.
Расчетные температуры наружного воздуха для проектирования отопления и вентиляции принимаются по климатологическим данным для соответствующего населенного пункта (Приложение 4).
Расчетная температура воздуха в жилых зданиях принимается, как правило, 20 0 С. Для других зданий (школ, детских дошкольных учреждений, лечебных и культурно-просветительных учреждений, магазинов, предприятий общественного питания и т.д.) за расчетную принимается усредненная температура воздуха внутри здания, значения которой принимаются в соответствии со строительными нормами и правилами (табл. 2).
Таблица 1
Удельные тепловые характеристики жилых и общественных зданий
| Наружный строительный объем зданий, м 3 | Удельная отопительная характеристика зданий q0, ккал/м 3 ·ч· 0 С | Наружный строительный объем зданий, м 3 | Удельная отопительная характеристика зданий q0, ккал/м 3 ·ч· 0 С |
| Постройки до 1958г. | Постройки после 1958г. | Постройки до 1958г. | Постройки после 1958г. |
| 0,74 | 0,92 | 0,40 | 0,47 |
| 0,66 | 0,82 | 0,39 | 0,46 |
| 0,62 | 0,78 | 0,38 | 0,45 |
| 0,60 | 0,74 | 0,37 | 0,43 |
| 0,58 | 0,71 | 0,36 | 0,42 |
| 0,56 | 0,69 | 0,35 | 0,41 |
| 0,54 | 0,68 | 0,34 | 0,40 |
| 0,53 | 0,67 | 0,33 | 0,39 |
| 0,52 | 0,66 | 0,32 | 0,38 |
| 0,51 | 0,65 | 0,31 | 0,38 |
| 0,50 | 0,62 | 0,30 | 0,37 |
| 0,49 | 0,60 | 0,30 | 0,37 |
| 0,48 | 0,59 | 0,29 | 0,37 |
| 0,47 | 0,58 | 0,28 | 0,37 |
| 0,47 | 0,57 | 0,28 | 0,37 |
| 0,46 | 0,55 | 0,28 | 0,36 |
| 0,45 | 0,53 | 0,28 | 0,35 |
| 0,44 | 0,52 | 0,27 | 0,35 |
| 0,43 | 0,50 | 0,27 | 0,34 |
| 0,42 | 0,48 | 0,26 | 0,34 |
Примечание: Удельные тепловые характеристики соответствуют климатическим зонам с расчетной температурой наружного воздуха для проектирования отопления (средняя температура наиболее холодной пятидневки), равной –30 °C. При другой расчетной температуре наружного воздуха к указанным значениям удельной тепловой характеристики следует применять коэффициент a по данным таблицы 4.
Таблица 2
Удельные тепловые характеристики административных, лечебных и культурно-просветительных зданий и зданий детских учреждений
| Наименование зданий | Объем зданий V, тыс. м 3 | Удельные тепловые характеристики, ккал/м 3 ч °C | Расчетная внутренняя темп. (усредн) | Наименование зданий | Объем зданий V, тыс. м 3 | Удельные тепловые характеристики, ккал/м 3 ч °C | Расчетная внутренняя темп. (усредн) |
| отопл. qо | вентил. qв | отопл. qо | вентил. qв | ||||
| Адм. здания, главные конторы | До 5 До 10 До 15 Более 15 | 0,43 0,38 0,35 0,32 | 0,09 0,08 0,07 0,06 | Больницы | До 5 До 10 До 15 Более 15 | 0,40 0,36 0,32 0,30 | 0,29 0,28 0,26 0,25 |
| Клубы | До 5 До 10 Более 10 | 0,37 0,33 0,30 | 0,25 0,23 0,20 | Бани | До 5 До10 Более 10 | 0,28 0,25 0,23 | 1,0 0,95 0,90 |
| Кинотеатры | До 5 До 5 Более 10 | 0,36 0,32 0,30 | 0,43 0,39 0,38 | Прачечные | До 5 До 10 Более10 | 0,38 0,33 0,31 | 0,80 0,78 0,75 |
| Театры | До 10 До 15 До 20 До30 Более 30 | 0,29 0,27 0,22 0,20 0,18 | 0,41 0,40 0,38 0,36 0,34 | Предприятия общественного питания, столовые фабрики-кухни | До 5 До 10 Более10 | 0,35 0,33 0,30 | 0,70 0,65 0,60 |
| Универмаги | До 5 До10 Более10 | 0,38 0,33 0,31 | — 0,08 0,27 | Лаборатории | До 5 До 10 Более 10 | 0,37 0,35 0,33 | 1,00 0,95 0,90 |
| Детские ясли и сады | До 5 Более 5 | 0,38 0,34 | 0,11 0,10 | Пожарное депо | До 2 До 5 Более 5 | 0,48 0,46 0,45 | 0,14 0,09 0,09 |
| Школы и высшие учебные заведения | До 5 До 10 Более 10 | 0,39 0,35 0,33 | 0,09 0,08 0,07 | Гаражи | До 2 До 3 До 5 Более 5 | 0,70 0,60 0,55 0,50 | — — 0,7 0,65 |
Таблица 3
Удельные тепловые характеристики промышленных зданий
| Наименование зданий | Объем зданий V, тыс. м 3 | Удельные тепловые характеристики, ккал / м 3 ·ч· 0 С | Наименование зданий | Объем зданий V, тыс. м 3 | Удельные тепловые характеристики, ккал / м 3 ·ч· 0 С | ||
| отопл. qо | вентил. qв | отопл. qо | вентил. qв | ||||
| Чугунолитейные цехи | 10-15 50-100 100-150 | 0,3-0,25 0,25-0,22 0,22-0,18 | 1,1-1,0 1,0-0,9 0,9-0,8 | Мастерские и цехи ПТУ | 5-10 10-15 15-20 20-30 | 0,5 0,4 0,35 0,3 | 0,5 0,3 0,25 0,2 |
| Меднолитейные цехи | 5-10 10-20 20-30 | 0,4-0,35 0,35-0,25 0,25-0,2 | 2,5-2,0 2,0-1,5 1,5-1,2 | Насосные | До 0,5 0,5-1 1-2 2-3 | 1,05 1,00 0,6 0,5 | — — — — |
| Термические цехи | До10 10-30 30-75 | 0,4-0,3 0,3-0,25 0,25-0,2 | 1,3-1,2 1,2-1,0 1,0-0,6 | Компрессорные | До0,5 0,5-1 1-2 2-5 5-10 | 0,7-2,0 0,6-0,7 0,45-0,6 0,40-0,45 0,35-0,40 | — — — — — |
| Кузнечные цехи | До10 10-50 50-100 | 0,4-0,3 0,3-0,25 0,25-0,15 | 0,7-0,6 0,6-0,5 0,5-0,3 | Газогенераторные | 5-10 | 0,1 | 1,8 |
| Механосборочные, механические и слесарные отделения инструментальных цехов | 5-10 10-15 50-100 100-200 | 0,55-0,45 0,45-0,4 0,4-0,38 0,38-0,35 | 0,4-0,25 0,25-0,15 0,15-0,12 0,12-0,08 | Регенерация масел | 2-3 | 0,6-0,75 | 0,5-0,6 |
| Деревообделочные цехи | До 5 5-10 10-50 | 0,6-0,55 0,55-0,45 0,45-0,4 | 0,6-0,5 0,5-0,45 0,45-0,4 | Склады химикатов, красок и т.п. | До 1 1-2 2-5 | 0,85-0,75 0,75-0,65 0,65-0,58 | — — 0,6-0,45 |
| Цехи металлических конструкций | 50-100 100-150 | 0,38-0,35 0,35-0,3 | 0,53-0,45 0,45-0,35 | Склады моделей и главные магазины | 1-2 2-5 5-10 | 0,8-0,7 0,7-0,6 0,6-0,45 | — — — |
| Цехи покрытий (гальванических и др.) | До 2 2-5 5-10 | 0,65-0,6 0,60-0,55 0,55-0,45 | 5-4 4-3 3-2 | Бытовые и административно-вспо-могательные помещения | 0,5-1 1-2 2-5 5-10 10-20 | 0,60-0,45 0,45-0,4 0,40-0,33 0,33-0,30 0,30-0,25 | — — 0,14-0,12 0,12-0,11 0,11-0,10 |
| Ремонтные цехи | 5-10 10-20 | 0,60-0,50 0,50-0,45 | 0,2-0,15 0,15-0,1 | Проходные | До 0,5 0,5-2 2-5 | 1,3-1,2 1,2-0,7 0,70-0,55 | — — 0,15-0,10 |
| Паровозное депо | До 5 5-10 | 0,70-0,65 0,65-0,60 | 0,4-0,3 0,3-0,25 | Казармы и помещения ВОХР | 5-10 10-15 | 0,38-0,33 0,38-0,31 | — — |
| Котельные цехи | 100-200 | 0,25 | 0,6 | ||||
| Котельные (отопительные, паровые) | 2-5 5-10 10-20 | 0,1 0,1 0,08 | 0,3-0,5 0,3-0,5 0,2-0,4 |
Таблица 4
Значения коэффициента a при расчетных температурах наружного воздуха для проектирования отопления, отличных от – 30 0 С
| Расчетная температура наружного воздуха tн.р.о, 0 С | a | Расчетная температура наружного воздуха tн.р.о, 0 С | a |
| 2,05 | -30 | 1,00 | |
| -5 | 1,67 | -35 | 0,95 |
| -10 | 1,45 | -40 | 0,90 |
| -15 | 1,29 | -45 | 0,85 |
| -20 | 1,17 | -50 | 0,82 |
| -25 | 1,08 | -55 | 0,80 |
РАСЧЕТ ВЕЛИЧИНЫ НОРМАТИВНОЙ ПОДПИТКИ
1. Расчет величины нормативной подпитки системы теплоснабжения производится по формуле:
N подп = 0,75 (Vсети + Vсист ) 10 -2 , м 3 /ч,
где 0,75 – расчетный расход воды в % от фактического объема воды (вместимости) в трубопроводах тепловых сетей и присоединенных к ним систем теплопотребления;
Vсети — вместимость наружных тепловых сетей, м 3 ;
Vсист – вместимость внутренних систем теплопотребления, м 3 .
Вместимость систем теплоснабжения
2.1. Вместимость наружных тепловых сетейопределяется по формуле:
Vсети = 2 S L fтр 10 -3 , 
м 3 ,
где L — длина участка труб данного диаметра,м;
fтр – площадь внутреннего сечения трубы данного диаметра, м 2 , принимается по данным табл. 1.
2.2. Вместимость внутренних систем теплопотребления, м 3 , определяется по формуле:
где Qр = Qо + Qв –сумма максимальных часовых нагрузок на отопление и вентиляцию (п.2.3 Формы 2), Гкал/ч;
Vуд = удельный объем воды в системе на 1 Гкал/ч, принимается по табл. 2;
QГВС — максимальная часовая тепловая нагрузка на нужды горячего водоснабжения (п.2.3 Формы 2), Гкал/ч.
Таблица 1
Площадь внутреннего сечения трубы, м 2
Способы расчета тепловой нагрузки на отопление
При проектировании систем обогрева всех типов строений нужно провести правильные вычисления, а затем разработать грамотную схему отопительного контура. На этом этапе особое внимание следует уделить расчету тепловой нагрузки на отопление. Для решения поставленной задачи важно использовать комплексный подход и учесть все факторы, влияющие на работу системы.
С помощью показателя тепловой нагрузки можно узнать количество теплоэнергии, необходимой для обогрева конкретного помещения, а также здания в целом. Основной переменной здесь является мощность всего отопительного оборудования, которое планируется использовать в системе. Кроме этого, требуется учитывать потери тепла домом.
Идеальной представляется ситуация, в которой мощность отопительного контура позволяет не только устранить все потери теплоэнергии здания, но и обеспечить комфортные условия проживания. Чтобы правильно рассчитать удельную тепловую нагрузку, требуется учесть все факторы, оказывающие влияние на этот параметр:
Характеристики каждого элемента конструкции строения. Система вентиляции существенно влияет на потери теплоэнергии.- Размеры здания. Необходимо учитывать как объем всех помещений, так и площадь окон конструкций и наружных стен.
- Климатическая зона. Показатель максимальной часовой нагрузки зависит от температурных колебаний окружающего воздуха.
Характеристики каждого элемента конструкции строения. Система вентиляции существенно влияет на потери теплоэнергии.Оптимальный режим работы системы обогрева может быть составлен только с учетом этих факторов. Единицей измерения показателя может быть Гкал/час или кВт/час.
Перед началом проведения расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно определиться с рекомендуемыми температурными режимами для жилого строения. Для этого придется обратиться к нормам СанПиН 2.1.2.2645−10. Исходя из данных, указанных в этом нормативном документе, необходимо обеспечить оптимальные температурные режимы работы системы обогрева для каждого помещения.
Используемые сегодня способы выполнения расчетов часовой нагрузки на отопительную систему позволяют получать результаты различной степени точности. В некоторых ситуациях требуется провести сложные вычисления, чтобы минимизировать погрешность.
Если же при проектировании системы отопления оптимизация расходов на энергоноситель не является приоритетной задачей, допускается использование менее точных методик.
Любая методика расчета тепловой нагрузки позволяет подобрать оптимальные параметры системы обогрева. Также этот показатель помогает определиться с необходимостью проведения работ по улучшению теплоизоляции строения. Сегодня применяются две довольно простые методики расчета тепловой нагрузки.
Если в строении все помещения имеют стандартные размеры и обладают хорошей теплоизоляцией, можно воспользоваться методом расчета необходимой мощности отопительного оборудования в зависимости от площади. В этом случае на каждые 10 м 2 помещения должен производиться 1 кВт тепловой энергии. Затем полученный результат необходимо умножить на поправочный коэффициент климатической зоны.
Это самый простой способ расчета, но он имеет один серьезный недостаток — погрешность очень высока. Во время проведения вычислений учитывается лишь климатический регион. Однако на эффективность работы системы обогрева влияет много факторов. Таким образом, использовать эту методику на практике не рекомендуется.
Применяя методику расчета тепла по укрупненным показателям, погрешность вычислений окажется меньшей. Этот способ сначала часто применялся для определения теплонагрузки в ситуации, когда точные параметры строения были неизвестны. Для определения параметра применяется расчетная формула:
Qот = q0*a*Vн*(tвн — tнро),
где q0 — удельная тепловая характеристика строения;
a — поправочный коэффициент;
Vн — наружный объем строения;
tвн, tнро — значения температуры внутри дома и на улице.
В качестве примера расчета тепловых нагрузок по укрупненным показателям можно выполнить вычисления максимального показателя для отопительной системы здания по наружным стенам 490 м 2 . Строение двухэтажное с общей площадью в 170 м 2 расположено в Санкт-Петербурге.
Сначала необходимо с помощью нормативного документа установить все нужные для расчета вводные данные:
- Тепловая характеристика здания — 0,49 Вт/м³*С.
- Уточняющий коэффициент — 1.
- Оптимальный температурный показатель внутри здания — 22 градуса.
Предположив, что минимальная температура в зимний период составит -15 градусов, можно все известные величины подставить в формулу — Q =0.49*1*490 (22+15)= 8,883 кВт. Используя самую простую методику расчета базового показателя тепловой нагрузки, результат оказался бы более высоким — Q =17*1=17 кВт/час. При этом укрупненный метод расчета показателя нагрузки учитывает значительно больше факторов:
- Оптимальные температурные параметры в помещениях.
- Общую площадь строения.
- Температуру воздуха на улице.
Также эта методика позволяет с минимальной погрешностью рассчитать мощность каждого радиатора, установленного в отдельно взятом помещении. Единственным ее недостатком является отсутствие возможности рассчитать теплопотери здания.
Так как даже при укрупненном расчете погрешность оказывается довольно высокой, приходится использовать более сложный метод определения параметра нагрузки на отопительную систему. Чтобы результаты оказались максимально точными, необходимо учитывать характеристики дома. Среди них важнейшей является сопротивление теплопередачи ® материалов, использовавшихся для изготовления каждого элемента здания — пол, стены, а также потолок.
Эта величина находится в обратной зависимости с теплопроводностью (λ), показывающей способность материалов переносить теплоэнергию. Вполне очевидно, что чем выше теплопроводность, тем активнее дом будет терять теплоэнергию. Так как эта толщина материалов (d) в теплопроводности не учитывается, то предварительно нужно вычислить сопротивление теплопередачи, воспользовавшись простой формулой — R=d/λ.
Рассматриваемая методика состоит из двух этапов. Сначала рассчитываются теплопотери по оконным проемам и наружным стенам, а затем — по вентиляции. В качестве примера можно взять следующие характеристики строения:
- Площадь и толщина стен — 290 м² и 0,4 м.
- В строении находятся окна (двойной стеклопакет с аргоном) — 45 м² (R =0,76 м²*С/Вт).
- Стены изготовлены из полнотелого кирпича — λ=0,56.
- Здание было утеплено пенополистиролом — d =110 мм, λ=0,036.
Исходя из вводных данных, можно определить показатель сопротивления телепередачи стен — R=0.4/0.56= 0,71 м²*С/Вт. Затем определяется аналогичный показатель утеплителя — R=0,11/0,036= 3,05 м²*С/Вт. Эти данные позволяют определить следующий показатель — R общ =0,71+3,05= 3,76 м²*С/Вт.
Фактические теплопотери стен составят — (1/3,76)*245+(1/0.76)*45= 125,15 Вт. Параметры температур остались без изменений в сравнении с укрупненным расчетом. Очередные вычисления проводятся в соответствии с формулой — 125,15*(22+15)= 4,63 кВт/час.
На втором этапе рассчитываются теплопотери вентиляционной системы. Известно, что объем дома равен 490 м³, а плотность воздуха составляет 1,24 кг/м³. Это позволяет узнать его массу — 608 кг. На протяжении суток в помещении воздух обновляется в среднем 5 раз. После этого можно выполнить расчет теплопотерь вентиляционной системы — (490*45*5)/24= 4593 кДж, что соответствует 1,27 кВт/час. Остается определить общие тепловые потери строения, сложив имеющиеся результаты, — 4,63+1,27=5,9 кВт/час.
Результат будет максимально точным, если учитывать потери через пол и крышу. Сложные вычисления здесь проводить необязательно, допускается использование уточняющего коэффициента. Процесс расчетов теплонагрузки на систему обогрева отличается высокой сложностью. Однако его можно упростить с помощью программы VALTEC.
