Тепловой расчёт и тепловые нагрузки
Рациональное использование тепла
1.1 Тепловой расчер и тепловые нагрузки
К потребителям тепла, подаваемого из системы теплоснабжения, относятся системы отопления, вентиляции и кондиционирования, горячего водоснабжения (ГВС), тепловые и силовые технологические агрегаты.
1. Задача систем отопления, вентиляции и кондиционирования, горячего водоснабжения (ГВС) — формирование параметров (метеорологических условий) воздуха внутри здания, требуемых санитарно-гигиеническими нормами.
В качестве основного теплоносителя в системах отопления жилых и общественных домов используется горячая вода с максимальной температурой tг = 105÷95 С на входе в отопительный прибор. Температура горячей воды для детских садов и больниц tг = 85 С. Для большей части производственных зданий и лестничных площадок tг = 150 С.
Ограничение температуры горячей воды для жилых и общественных домов в пределах tг = 105÷95 С вызывает разложение органической пыли (особенно при температуре 65÷70 С , особенно при tг ≥ 80 С) и превращение ее из твердого состояния в газообразное по санитарным нормам нагреватель прибора имеет температуру поверхности 95 С (tо.п ≤ 95 С) не должен быть выше.
Если в системе теплоснабжения в качестве теплоносителя используется пар (например, для отопления производственных помещений), его температура не должна быть выше 130 С.
Если в конструкцию здания встроены нагревательные элементы или вертикальная труба систем отопления (обогрев плитами – излучателями), средняя температура поверхности теплого пола жилого дома – 24 С, для пола производственного здания – 26 С, высота помещения 2,5÷2,8 м, средняя температура поверхности потолка-28 С. Температура воды в системе горячего водоснабжения должна быть в пределах 60÷70 С. Система принимает температуру t1 в подающем трубопроводе 130 С или 150 С.
Использует кондиционер для решения следующих проблем:
1) Система вентиляции воздуха не отвечает нормам, устанавливаемым метеорологическими условиями и чистотой воздуха в помещении;
2) Создание и сохранение метеоусловий в соответствии с технологическими требованиями.
2. К тепловым технологическим аппаратам и устройствам относятся:
горелки газовые, жидкие и твердые;
аппараты кипятильно-испарительные и ректификационные;
сушилки различных материалов;
реакторы, реализующие химические процессы и др.
Пар и воду используют либо как теплоноситель, либо как состав, необходимый для изготовления изделия. Выгодно использовать единый теплоноситель как для технологических процессов, так и для системы отопления. Для технологических процессов используют насыщенный или плохо нагретый пар давлением 0,3÷0,8 МПа или воду с температурой 150 С.
3. К двигателям в силовых технологических аппаратах относятся устройства, использующие паровые машины или турбины; паровые молоты и прессы, ударные машины, паровые насосы, газопрессорные турбокомпрессоры. В качестве теплоносителя и рабочего тела с одной стороны в этих агрегатах используется водяной пар. Для паровых машин применяют насыщенный или перегретый пар с температурой 200÷250 С и давлением 0,8÷1 МПа, а для паровой турбины сверхгретый пар с очень высокими параметрами.
Тепловые нагрузки делятся на сезонные и годовые продольные нагрузки.
К сезонной тепловой нагрузке относятся нагрузки, необходимые для отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха. Отопление и вентиляция-зимние тепловые нагрузки. Кондиционирование воздуха предусматривает его охлаждение в летний период.
Все эти нагрузки зависят от климатических условий, температуры и влажности наружного воздуха, скорости и направления ветра, активности рассеивания солнечных лучей.
К продольной нагрузке года относятся технологические и нагрузки горячего водоснабжения. Годовая продольная тепловая нагрузка не сильно зависит от температуры внешней среды, и ее суточный график резко переменный (особенно для предприятий с одной и двумя сменами), а круглогодичный график несколько переменный.
При проектировании установок центрального теплоснабжения тепловые потери принимаются по укрупненным показателям на основании проекта каждой теплоиспользующей установки, если таких данных нет.
1.2 Создание комфортных условий в помещениях
Системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха должны создавать в помещениях метеорологические условия, требуемые санитарно-гигиеническими нормами. Поэтому целый год делят на два периода, прохладный и теплый.
Температура внутри жилого помещения в прохладный период не должна превышать tв = 18÷22 ○с (20÷22 С), относительной влажности воздуха = 65% (45÷30 %) и скорости движения воздуха 0,3 м/с (0,1÷0,15 м/с), в скобках приведены ее эффективные, допустимые значения показано.
В теплый период температуру внутри помещения контролируют так, чтобы она была выше расчетной температуры наружного воздуха( средняя температура самого жаркого месяца в 13 часов дня) всего на 3 С, относительная влажность воздуха не превышала = 65%, скорость движения не превышала 0,5 м/с. Условия комфортных условий в производственных помещениях приближены к этим условиям.
Системы отопление
Целью отвода тепла от системы отопления в помещение является компенсация тепла, теряемого теплопередачей и инфильтрацией его наружных ограждений. Отопительный сезон начинается в осенние месяцы, когда среднесуточная температура равна или меньше +80, и заканчивается весной, когда среднесуточная температура равна или больше +80. Внутри помещения выделяется тепло от приборов, людей, солнечных лучей, а в производственных зданиях-от технологических установок. Это само по себе сокращает продолжительность отопительного сезона. С учетом этих факторов температуру внутреннего воздуха в отопительных помещениях жилых и общественных зданий принимают за + 18 С, а для проектирования систем отопления расчетную температуру определяют как tнр, среднюю температуру, полученную по пяти наиболее холодным дням, встречавшимся в восемь зим последнего 50 – летнего периода.
Система вентиляции
Через вентиляцию из помещения отводится теплый воздух (полный вредных примесей), а вместо него подается чистый нагретый воздух из внешней среды. Тогда тепло qв, расходуемое на нагрев наружного воздуха, до рассчитанной внутренней температуры tв помещения, называется теплотой вентиляции. Для расчета максимальной вентиляционной нагрузки принимают среднее значение внешних температур, которое составляет 15% от общей продолжительности отопительного сезона. Расчетная наружная температура вентиляции tн. В исключительных случаях, когда в производственном цехе преобладает количество вредно загрязненного воздуха, в расчетах вентиляционной нагрузки tн.в = tн.Р принимает.
1.3 Применение тепла. Основные расчетные позиции
Теплопотребителями в системах теплоснабжения считаются:
1) системы отопления, вентиляции и кондиционирования, горячего водоснабжения;
2) тепловые промышленные аппараты и устройства (горелки газовые, жидкие и твердые вещества, испарительные и ректификационные аппараты, сушилки, реакторы химического производства). для них в технологических процессах используют плохо нагретый пар (p = 0,3÷0,8 МПа и выше) или насыщенный пар или горячую воду (t = 150 С;
3) силовые технологические аппараты( паровые молоты и прессы, паровые насосы, газосжимные компрессоры и т.д.), приводимые в движение турбиной или паровой машиной, используют в качестве теплоносителя насыщенный или перегретый пар (t = 250÷280 C; р = 0,8÷1,2 МПа).
1.4 Сезонная тепловая нагрузка
Расчетные характеристики тепловых нагрузок.
1) Отопление.
Тепловая нагрузка для обогрева qо определяется следующим образом:
Qо = Qт + Qи-Qтв
где Qт-теплопотери наружных ограждений помещения;
Qи-потеря тепла из-за инфильтрации;
Qтв-внутренние тепловыделения.
а) потери тепла вследствие теплового перехода
Qт = ,
где К-кратность теплопередачи от ограждения, Вт/(м2∙К);
F-площадь ограждения, м2;
кратность корректировки падения расчетных температур (введена для ограждений верхнего и нижнего этажей здания);
tв, tн5-расчетные значения внутренней и внешней температуры.
Для крыши здания 0,75÷0,9, для подвала 0,5÷0,7.
Примерные расчеты (по укрупненным показателям) применяются в следующем виде:
Qт = q0 V (tв – tн),
где q0-удельная тепловая характеристика здания(удельная теплопотеря здания), Вт/(м3*С);
V-объем здания, определенный внешними размерами, м3.
q0-вычисляет по приближенной позиции либо извлекает из справочных данных.
Жилые или общественные дома, построенные до и после 1958 года, имеют объем V > 3000 м3, при температуре падения Δt = tв-tнр = 48 ºС
q0 = а/,
где а = 1,85 Вт/(м3·○с); n = 6; а = 1,52 Вт/(м3·○с), n = 8.
Наружные ограждения имеют хорошую тепловую защиту, для домов, построенных после 2000 года, q0 определяется по фиг.
Если ≠ 48 С (tнр ≥ − 30 С), для вычисления q0 вводят кратный βt: βt = 1,2 если tнр ≥ – 10 С; βt = 1,1 если tнр = – 20 С; βt = 0,9 если tнр < – 40 С.
кратность βt определяют по следующей схеме βt = 0,54 – 22/(tв – tн).
Тогда
q0t = q0∙βt = q0 (0,54 – 22/(tв – tн)).
В общем случае q0 определяют по приближенному представлению Н. С. Ермолаева
где кратность охвата стеклами;
S-площадь, определенная из плана здания, м2;
— высота здания, м;
Р-периметр, определенный по внешним размерам от проекта здания.
Где q0, ∆t0 = [18 – (-30 С)] = 48 вычислено Для С -.
б) потеря тепла вследствие инфильтрации;
Qи = 0,28 k*,
где Gi-количество воздуха, прошедшего через I-қоршау забор вследствие инфильтрации, кг / ч;
— удельная массовая теплоемкость воздуха;
= 1 кДж / (кг*С);
N-количество ограждений;
k * — кратность, учитывающая нагрев воздуха при проходе через ограждение;
k* = 0,7-кратный с учетом стыков трехдонных панелей и окон;
k * = 0,8-кратный, учитывающий места примыкания панелей и окон каждого дна;
Вводит кратность инфильтрации для упрощения вычислений
где b-постоянная инфильтрации, с / м, (из опыта);
— высота здания;
b = 0,035 + 0,04 – для промышленных зданий; b = 0,008÷0,01-для жилых и общественных зданий с двойным остеклением;
g-ускорение свободного падения, м/с2; Тн, Тв – абсолютная температура наружного и внутреннего воздуха, К; – скорость ветра, м / с.
Так потери тепла из-за внешних ограждений и инфильтрации
qот V (tв-tнр).
Tн для зависимого значения температуры внешней среды
Qот = (1+) q0 V (tв-tн).
Из сравнения двух уравнений и видно, что фактическое количество теплоты, затрачиваемое на нагрев, прямо пропорционально падению температур ∆t = (tв – tн)
Qот = (tв – tн)/(tв – tн5).
в) Внутренние тепловыделения.
В общем случае
Qтв = Qлюд + Qобород + Qэлектр + Qмат + Qсолн.рад. + Qтехн.проц.
Бытовые тепловыделения в жилых квартирах определяют по Qбыту, Вт,:
= Qбыт = 21 Fпл.
2) Вентиляция
Количество тепла, затрачиваемого на вентиляцию, принимают из проекта местной системы вентиляции или типового проекта здания, а для конкретных работающих установок-из их эксплуатационных данных.
Количество тепла, затраченного на вентиляцию, Qв, Вт, равно
Qв = m Vв св (tв.г-tн),
где m-число воздухообменов, 1 / ч или 1 / ч;
Vв-объем ветрового здания, м3;
св-объемная теплоемкость воздуха, св = 1260 Дж / (м3∙К);
tв.г-температура нагретого воздуха в помещении, С;
tн-температура внешней среды, С.
Для удобства преобразует изображение следующим образом
где qв-удельный теплопотерь вентиляции, Вт / м3*С;
Vв.н-наружный объем ветрового здания, м3.
При отсутствии данных о расходовании тепла на вентиляцию общественных домов его определяют по следующей схеме
Qв = ,
где Кв-кратность учета тепла, затрачиваемого на вентиляцию общественных зданий. Кв = 0,4;
Кобщ=тепловизор, учитывающий затраты на отопление общественных зданий. Кобщ 0,25;
— Укрупненный показатель, определяющий максимальное количество тепла, необходимое для обогрева 1 м2 жилой площади, Вт / м2
— площадь жилой зоны, м2.
В зависимости от температуры внешней среды, полученной для проектирования системы отопления, принимают следующие значения
1.4.1 Продольная тепловая нагрузка
Горячее водоснабжение (ГВС-горячее водоснабжение)
а) средний расход тепла за неделю, Вт. Отопление частного общественного, жилого или промышленного здания бытовым горячим водоснабжением определяется следующим образом
а м c (tг – tх) / пс,
где а-норма расхода горячей воды (расход горячей воды в среднем на 1 человека в неделю; кг / (сут. человек.);
М-количество людей, расходующих воду (численность населения, чел.);
tг-температура горячей воды, С;
tх-температура холодной воды, С (= 5 С; = 15 С);
c-теплоемкость воды, c = 4187 Дж / (кг∙К);
пс-продолжительность времени горячего водоснабжения, ч / сут.
Если: c = 4,19 кДж/(кг∙*С); пс = 24 ч/сут. если принимать, то измеряют кДж / ч.
Пс = 24 ч/сут для жилых домов, общежитий, пансионатов, домов отдыха, больниц и т.д. или пс = 86400 с / сут.
При отсутствии данных о количестве и характере жилых и общественных зданий среднечасовые теплопотери определяют по следующей схеме при пс = 24:
= М (а + в) с ( – )/ nc,
где М – количество жителей; а – норма расхода горячей воды на человека в жилом здании при tг = 60 С, л/С; b-норма расхода горячей воды на человека в общественном здании при tг = 60 С, л/с.
Если М = 1, а = 110 л/сут, b = 20 л/сут, (tг – tх) = 55 С: = 346,5 Дж/С.
б) для бытового горячего водоснабжения в течение суток имеют место следующие потери тепла
где-кратность одного ненормального расхода тепла в течение недели. = 1,2-для жилых и общественных зданий;
= 1,0-для промышленных зданий.
в) расчетное (максимальное почасовое) количество тепла, затраченное на горячее бытовое водоснабжение здания:
Где-кратность единичных потерь тепла за сутки максимального использования горячей воды.
Для городов и населенных пунктов = 1,7÷2,0; для промышленных предприятий = 1,0.
Среднечасовое количество тепла (кДж/ч при пс = 24 ч), затраченное на горячее водоснабжение в летний период,
где = 0,8-коэффициент, учитывающий уменьшение среднечасового расхода горячей воды в летний период. (для курортных и южных регионов).
Так, для горячего водоснабжения различают три вида теплопотерь: 1) среднесуточную; 2) среднесуточную; 3) максимальную часовую (расчетную), по значению которой проектируют системы горячего водоснабжения.
Все тепловые расходы можно рассчитать для зимнего и летнего сезонов.
1.5 Годовые тепловые потери
Для определения расхода топлива установки, назначения режима работы и времени ее ремонта следует знать тепло, необходимое для круглогодичного теплоснабжения, и его изменение по сезонам и месяцам года.
Теплоемкость, затраченная на теплоснабжение отдельного района, определяется следующим образом
где и-годовые тепловые затраты, необходимые для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических нужд.
1) Отопление.
а) для жилых и общественных домов определяется следующим образом
где пот-продолжительность отопительного сезона, ч/год (ч/год);
— средний расход тепла на отопление в отопительный сезон (не учтены внутренние тепловыделения), Дж/ч.
q0V (tв-tн.р).
Где tв, tн.Р, tн.ср.огонь. — расчетная температура внутреннего воздуха, наружного воздуха и средняя температура наружного воздуха за отопительный сезон, С.
б) при наличии внутренних тепловыделений Qтв для промышленных зданий
Где-продолжительность работы дежурной системы отопления, ч / год, tв.д = 5 C-температура внутреннего воздуха при работе дежурной системы отопления. Тип показывает, что при наличии внутренних тепловыделений в здании продолжительность работы основной системы отопления уменьшается.
Средняя температура наружного воздуха в любой период отопительного сезона определяется как:
tн.ср.огонь. = (n1 tн1.ср+ n2 tн2.ср+ N+ nm tнm.ср) / (n1+ n2 +…+ nm).
2) Вентиляция.
Годовые теплопотери, отпущенные на вентиляцию
где — средние недельные тепловые потери на горячее водоснабжение, Дж/с (кДж / ч);
пг, пот-продолжительность работы системы горячего водоснабжения и продолжительность отопительного сезона, ч / год (ч/год);
= 0,8-уменьшение часового расхода горячей воды в летний сезон;
tг, tх.з, tх.л-температура горячей и водопроводной холодной воды зимой и летом, С. приняты следующие температуры tг = 60○с; tх. з = 5 ○с; tх.П = 15 С.
4)годовые теплопотери, необходимые для технологических нужд, определяют по мощности специальной установки.
1.6 Графики тепловых нагрузок систем теплоснабжения
1) тепловые нагрузки отопления и вентиляции зависят от температуры внешней среды. Поэтому они незначительно изменяются в течение суток и претерпевают сильные изменения в течение года.
2) хотя круглосуточный характер графика нагрузки горячего водоснабжения один ненормальный, долгота года одна нормальная.
3) годовая продольная характеристика технологической нагрузки однообразна, а круглосуточная-однообразна.
Зависимость нагревательной нагрузки от температуры внешней среды изображена на рис.6.1. Из графика видно , что расчетному значению температуры внешней среды, в которой проектируются системы отопления здания, соответствует наибольшая тепловая нагрузка tнр, а при температуре внешней среды tв =200C тепловая нагрузка равна Нол.
Зависимость нагрузки вентиляции здания от температуры внешней среды. Из графика видно, что наибольшая вентиляционная нагрузка приходится на внешнюю среду tн = tн.видно, что соответствует температуре В. Для этой температуры рассчитывается и проектируется система вентиляции. Если в промышленном здании из-за технологии загрязненный воздух становится слишком большим и требуется частая замена воздуха в помещении, вентиляционная нагрузка увеличивается, и ее величина достигает расчетного значения отопительной нагрузки. Она соответствует температуре внешней среды tнр.
Суточный график тепловых изменений, затраченных на горячее водоснабжение жилого района, а справа-график тепловых изменений, затраченных на горячее водоснабжение индивидуального жилого дома. Из графика видно, что для индивидуального жилья тепловые изменения будут очень преобладающими и исключительными. Можно немного сгладить график, рассматривая использование горячей воды несколькими пользователями вместе. Из графика водопользования жилого района видно, что всего две его вершины (ближе к утру и вечеру). Расход воды в течение недели не один килограмм. В выходные дни (суббота, воскресенье) расход воды увеличивается.
График ГВС жилого района
Тепловая нагрузка летнего горячего водоснабжения составляет 70÷85 % от его зимнего значения.
1.7 График длительности суммарных тепловых нагрузок
Для назначения эффективного режима работы установки и определения количества вырабатываемого тепла используют график длительности тепловой нагрузки. На этом графике суммарные тепловые потери по сезонам года N = 8760ч/год (31,536 млн. долл. ч/год) отражается зависимость.
Для построения графика длительности тепловой нагрузки необходимо сначала знать зависимость суммарной тепловой нагрузки от температуры внешней среды. Затем, используя данные, определяющие, сколько часов температура наружного воздуха tн находится в известном значении, в сумме строят зависимость тепловой нагрузки от продолжительности времени.
Для построения графика зависимости суммарной тепловой нагрузки Tн от температуры Q = f (tн) рассчитывают каждый вид тепловой нагрузки для четырех различных специальных тем ператур наружного воздуха Qот, Qв, Qгв tн = tн.л; tн = tн.к = + 8 ○с; tн = tн.в и tн = tн.Р получает.
1) Отопление.
Тепловая нагрузка при любой температуре наружного воздуха tн определяется следующим образом
где-расчетное значение тепловой нагрузки.
q0 V (tв .р-tн.р) — Qтв.
Где q0 рассчитывается, когда температура наружного воздуха tн = tнр.
зависимость = f (tн) линейна, поэтому достаточно определить ее для двух значений внешней температуры. Один из них tн = tн.к = 8 С, другой tн = tнр (а tн > tн.к, при = 0, т. к. работа системы отопления прекращается).
2) Отопление.
Вентиляционная нагрузка при любой температуре tн определяется следующим образом
Qв=
где псут-суточная продолжительность работы вентиляционной системы, ч; — расчетные тепловые потери, необходимые для вентиляции tн = tн.в случае определяется.
tн ≤ tн.в случае tн = tн.принимают в и Qв=. То есть
(tн ≤ tн.в) график Qв = f (tн) изображается горизонтальной линией.
3) Горячее водоснабжение.
Нагрузка горячего водоснабжения определяется следующим образом
Qгв = = М (а + в) с (tг-tх) / пс.
Расход воды на человека принимается а = 110 л/сут; в = 20 л/сут; пс = 86400 с/сут.; с = 4187 Дж/(кг∙с); Qгв — единицей измерения будет Вт (Дж/c).
Суммарные теплопотери на хозяйственные нужды (коммунально-бытовые потребители) определяются следующим образом
Q = + Qв+Qгв = f (tн).
На основе зависимости Q = f (tн) строится график длительности тепловой нагрузки. Для его возведения используется следующий порядок.
1) tн.для к = + 8 С на оси абсцисс приведена общая продолжительность отопительного сезона для города, т. е. tн.к устанавливает значение занимающих часов (5230 ч).
2) строят перпендикуляр из этой точки и растягивают его до пересечения с горизонталью.
3) для температуры tн = 0 С определяется продолжительность времени, в течение которого это значение сохраняется, и устанавливается на оси абсцисс (3800 ч).
4) построить Перпендикуляр и определить его точку пересечения с горизонтом.
5) таким же способом определяются точки для других температур внешней среды (tн = – 10 С; tн = tн5; tн = – 30 С).
6) дает график длительности тепловых нагрузок.
Площадь прямоугольника равна теплу, затраченному летом на горячее водоснабжение. площадь фигуры затраты тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение в зимний сезон.
Продолжительность тепловой нагрузки г. Казань tнр = – 30; tнв = – 18 С
Заказать тепловой расчет
Наша компания, произведет для Вас тепловой расчет систем отопление, ГВС и вентиляции. Наши специалисты ответят абсолютно все вопросы связанные с выбором оборудования, а также рассчитывают цену доставки до объекта. Работы осуществляется по городам Астрахань, Барнаул, Братск, Владивосток, Волгоград, Воронеж, Грозный, Екатеринбург, Ижевск, Иркутск, Казань, Калининград, Краснодар, Красноярск, Майкоп, Махачкала, Москва, Нижний Новгород, Новосибирск, Омск, Пермь, Ростов-на-Дону, Самара, Санкт-Петербург, Саратов, Севастополь, Симферополь, Ставрополь, Тольятти, Томск, Тюмень, Уфа, Челябинск, Ярославль