Классификация тепловых нагрузок

В системах централизованного теплоснабжения по тепловым сетям подается теплота различным тепловым потребителям. Тепловую нагрузку по характеру протекания по времени можно разделить на сезонную и круглогодичную.

Изменения сезонной нагрузки зависят главным образом от климатических условий – температуры наружного воздуха, его влажности, направления и скорости ветра, солнечной радиации и т.п. Основную роль играет изменение температуры наружного воздуха. Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой. К сезонной тепловой нагрузке относятся отопление, вентиляция (зимние нагрузки), кондиционирование воздуха (летняя нагрузка).

К круглогодичной нагрузке относятся технологическая нагрузка и горячее водоснабжение (ГВС). График технологической нагрузки зависит от профиля производственных предприятий и режима их работы, а график нагрузки ГВС - от благоустройства жилых и общественных зданий, состава населения и распорядка его рабочего дня, режима работы коммунальных предприятий. Эти нагрузки имеют переменный суточный график. Технологическая и нагрузка ГВС слабо зависят от времени года.

При проектировании и разработке режима эксплуатации систем централизованного теплоснабжения заключается в определении значений и характера тепловых нагрузок.

Сезонная нагрузка

Цель отопления – поддержание температуры внутреннего воздуха в помещении на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком.

Q = Q_T + Q_И = Q_О + Q_TВ (24)

где – суммарные тепловые потери здания;

- теплопотери теплопередачей через наружные ограждения;

- теплопотери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха;

- подвод теплоты в здание через отопительную систему;

- внутренние тепловыделения.

Тепловые потери здания определяют по формуле:

(25)

где – коэффициент инфильтрации, представляющий собой отношение теплопотерь инфильтрацией к теплопотерям теплопередачей через наружные ограждения.

Источником внутренних тепловыделений в жилых зданиях обычно являются люди, приборы для приготовления пищи, осветительные приборы. Источник внутренних тепловыделений в промышленных зданиях – тепловые и силовые установки и механизмы (печи, сушила, двигатели и др.) различного рода.

Теплопотери теплопередачей через наружные ограждения, Дж/с, определяются:

(26)

где – площадь поверхности отдельных наружных ограждений, м²;

– коэффициент теплопередачи наружных ограждений, Вт/(м²К);

- разность температур воздуха с внутренней и наружной сторон ограждающих конструкций, ⁰С.

Теплопотери путем теплопередачи через наружные ограждения здания:

(27)

а полные теплопотери с учетом инфильтрации:

(28)

Для жилых и общественных зданий при правильной эксплуатации максимальный коэффициент инфильтрации составляет 3 – 6 %, для промышленных зданий – 25 – 30 %.

Вентиляция. Расход теплоты на вентиляцию предприятий, а также общественных зданий и культурных учреждений составляет значительную долю суммарного теплопотребления объекта. В производственных предприятиях расход теплоты на вентиляцию превышает расход тепла на отопление.

Расход теплоты на вентиляцию определяется по формуле, Дж/с:

(29)

где - кратность обмена воздуха, 1/с;

– вентилируемый объем здания, м³;

- объемная теплоемкость воздуха, 1,26 кДж/(м³К);

- температура нагретого воздуха, подаваемого в помещение, ⁰С;

- температура наружного воздуха, ⁰С.

Для удобства расчета используют формулу:

(30)

где - удельный расход теплоты на вентиляцию;

- наружный объем вентилируемого здания;

- усредненная внутренняя температура, ⁰С.

Круглогодичная нагрузка

Параметры и расход теплоты для технологических нужд зависят от характера технологического процесса, типа производственного оборудования, общей организации работ и т.д.

Для экономии топливно-энергетических ресурсов необходимо совершенствовать технологические процессы, максимально использовать отработавшую теплоту для технологических целей, а при теплоснабжении от ТЭЦ максимально использовать теплоноситель более низкого потенциала.

Тепловые нагрузки промышленных предприятий задаются технологами на основе соответствующих расчетов или данных тепловых испытаний.

В связи с интенсивным жилищным строительством значительно выросла нагрузка горячего водоснабжения городов. Годовой отпуск теплоты на ГВС жилых районов часто достигает 35 – 40 % суммарного годового расхода теплоты района.

Горячее водоснабжение имеет неравномерный характер, как в течение суток, так и в течение недели. Наибольший расход горячей воды наблюдается в утренние и вечерние часы, из дней недели – в субботу.

Средненедельный расход теплоты бытового ГВС отдельных жилых, общественных и промышленных зданий определяется по СНиП 2.04.07.86 «Тепловые сети», Дж/с:

(31)

где - норма расхода горячей воды с температурой ⁰С, кг (л) на 1 чел. в сутки;

- расход горячей воды с температурой ⁰С, кг (л) для общественных зданий;

– количество жителей;

– теплоемкость воды;

- температура холодной воды, при отсутствии данных о температуре ее принимают в летний период равной 15 ⁰С, в отопительный период (зимний) – 5 ⁰С;

- расчетная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение, с/сут;

- коэффициент, учитывающий выстывание горячей воды в абонентских системах горячего водоснабжения.

Рисунок 1 – Суточный график расхода горячей воды в жилом доме

Средний расход теплоты на бытовое ГВС за сутки наибольшего водопотребления:

(32)

где - коэффициент недельной неравномерности расхода теплоты.

Рисунок 2 – Суточный график горячего водоснабжения жилого района

Годовой расход теплоты

Для определения расхода топлива, разработки режимов использования оборудования, графика его ремонта и т.д. необходимо знать годовой расход теплоты на теплоснабжение, а также его распределение по сезонам (зима, лето) или по отдельным месяцам. Годовой расход теплоты потребителями района определяется по формуле:

(33)

где – годовые расходы теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение, технологические нужды.

Годовой расход теплоты на отопление:

(34)

где - средний расход теплоты за отопительный период, Дж/с;

- продолжительность отопительного периода;

- длительность работы дежурного отопления, с/год или ч/год;

- температура внутреннего воздуха при работе дежурного отопления, ⁰С;

Средний расход теплоты за отопительный период:

(35)

Где - расчетные теплопотери здания при наружной температуре ;

Годовой расход теплоты на вентиляцию:

(36)

где - расчетный расход теплоты на вентиляцию, Дж/с;

- продолжительность отопительного периода с температурой наружного воздуха , с/год или час/год;

- длительность отопительного периода, когда вентиляция не работает, с/год или час/год;

- средняя температура наружного воздуха за период от начала отопительного периода до .

Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение:

(37)

где – средненедельный расход теплоты на горячее водоснабжение, Дж/с;

- длительность работы системы горячего водоснабжения и продолжительность отопительного периода, с/год или час/год;

– коэффициент, учитывающий изменение средненедельного расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному периоду.

Годовой расход теплоты на технологические нужды определяется на основе годового графика теплового потребления. При построении годового графика теплового потребления расход теплоты на отопление и вентиляцию определяется по среднемесячным наружным температурам

Для установления экономичного режима работы теплофикационного оборудования, выбора наивыгоднейших параметров теплоносителя, а также для других плановых и технико-экономических исследований необходимо знать длительность работы системы теплоснабжения при различных режимах в течение года. Для этой цели строят графики продолжительности тепловой нагрузки (рисунок 3).

Построение ведется в четырех квадрантах. В левом верхнем квадранте построены графики зависимости от наружной температуры , тепловой нагрузки отопления, вентиляции и суммарной сезонной нагрузки. В нижнем левом квадранте приведена кривая длительности стояния n в течение отопительного периода наружных температур, равных данной температур или ниже.

В нижний правый квадрант переноса значений шкалы из нижнего левого квадранта в верхний правый квадрант.

Рисунок 3 – Построение графика продолжительности сезонной тепловой нагрузки

5 Контрольные вопросы:

1 Как определяется удельная теплопотеря теплопередачей через наружные ограждения при разности внутренней и наружной температур 1 ⁰С? Напишите расчетную формулу и объясните значения входящих в нее величин.

2 Что такое коэффициент инфильтрации? Как он определяется? Почему коэффициент инфильтрации зависит от наружной температуры?

3 Что понимается под расчетными значениями наружной температуры для отопления и для вентиляции ? Как эти температуры определяются?

4 Как определяется годовой расход теплоты на отопление района? Почему применение дежурного отопления на промышленных предприятиях снижает годовой расход теплоты на отопление?

5 Как определяется годовой расход теплоты на вентиляцию? Напишите расчетную формулу и объясните значения входящих в нее величин.

6 Как определяется годовой расход теплоты на горячее водоснабжение района? Напишите расчетную формулу и объясните значения входящих в нее величин.

7 Как строится годовой график продолжительности сезонной тепловой нагрузки по заданным зависимостям расходов теплоты на отопление и вентиляцию от наружной температуры?

8 Как с помощью графика продолжительности определяется длительность использования тепловой мощности разных источников теплоты, работающих в общей системе?

Список рекомендуемой литературы

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М: Энергоиздат, 1982. 360с.

2. Сафронов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. – М: Энергоатомиздат, 1985. – 230с.

Лекция 3 – Системы централизованного паро- и теплоснабжения промпредприятий – 8 часов

План:

1 Классификация систем теплоснабжения

2 Тепловые схемы источников теплоты

3 Схемы водяных систем теплоснабжения

4 Открытые системы теплоснабжения

5 Преимущества и недостатки открытых систем

6 Закрытые системы теплоснабжения

7 Преимущества и недостатки закрытых систем

8 Паровые системы

9 Выбор рационального теплоносителя и системы теплоснабжения

10 Контрольные вопросы

11 Список рекомендуемой литературы