Централизованное теплоснабжение

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВедение

Тепловое потребление  — одна из основных статей топливно-энергетического  баланса нашей страны. На удовлетворение тепловой нагрузки страны расходуется  ежегодно более 600 млн. т.у.т., т.е. около 30 % всех используемых первичных топливно-энергетических ресурсов. Под теплоснабжением понимают систему обеспечения теплом зданий и сооружений. Централизованные системы теплоснабжения обеспечивают наиболее экономное использование топлива и имеющие наиболее высокие экономические показатели.

Централизованное  теплоснабжение базируется на использовании  крупных районных котельных РК, характеризующихся  значительно большими КПД, чем мелкие отопительные установки. Теплофикация, т.е. централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепла и электроэнергии, является высшей формой централизованного теплоснабжения. Она позволяет сократить расход топлива на 20-25%. Кроме экономии топлива централизация теплоснабжения имеет большое социальное значение, способствуя повышению производительности труда, вытесняя малоквалифицированные профессии, улучшая условия труда и повышая культуру производства.

Промышленные предприятия  и жилищно-коммунальный сектор потребляют огромное количество теплоты на технологические  нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение.

Производственные и отопительные котельные должны обеспечить бесперебойное и качественное теплоснабжение предприятий и потребителей жилищно-коммунального сектора. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения в значительной мере зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально спроектированной тепловой схемы теплоснабжения.

 

1 Климатическая характеристика района строительства

1.1  Район строительства: город Жиганск (по заданию)

                                              

2. Расчетные параметры наружного воздуха

 

Таблица 1.1 – Расчетные  параметры наружного воздуха [1, табл.1*]

Температура воздуха  наиболее холодной пятидневки, ºС обеспеченностью 0,92;  text	Период со среднесуточной температурой £ 8 °С		Максимальная из средних  скоростей ветра по румбам за январь, м/с
	Продолжительность, сут. zht	Средняя температура воздуха, °С tht
-55	278	-19,3	-

 

3.  Зона влажности территории Российской Федерации: 3 – «сухая»           [2, прил. В]     

 

4.  Влажностный режим помещений зданий: «нормальный» [2, табл.1].

 

Таблица 1.2 – Оптимальные  и допустимые нормы температуры  и относительной влажности [3 табл. 1]

Период года	Наименование помещения	Температура воздуха, tint , °С		Относительная влажность, φint , %
Холодный	Жилая комната в районах  с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже	оптималь-ная	допусти-мая	оптималь-ная	допусти-мая, не более
		21-23	20-24	30-45	60

 

Расчетная средняя температура  внутреннего воздуха здания t_int = 21°С.

 

Обоснование: Параметры  воздуха внутри жилых и общественных зданий из условия комфортности следует  определять согласно таблице 1 - для  холодного периода года, и таблице 2 - для теплого периода года [4].

Параметры воздуха внутри зданий производственного назначения следует принимать согласно ГОСТ 12.1.005 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений.

Расчетная температура  воздуха внутри жилых и общественных зданий t_int ,°С, для холодного периода года должна быть не ниже минимальных значений оптимальных температур, приведенных в таблице 1 [3]  согласно ГОСТ 30494.

Расчетная средняя температура  внутреннего воздуха здания, t_int ,°С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по поз.1 таблицы 4 [2] по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20-22 °С), для группы зданий по поз.2 таблицы 4 - согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры по ГОСТ 30494(в интервале 16-21 °С), зданий по поз.3 таблицы 4 - по нормам проектирования соответствующих зданий.

 

1.5  Условия эксплуатации ограждающих конструкций: «А» [2, табл.2].     

 

2 Теплотехнический расчет ограждающих 
     конструкций по нормативным показателям

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций по нормативным  показателям заключается в определении коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций (по минимальному R_reg.), при котором температура на внутренней поверхности ограждения будет выше температуры точки росы внутреннего воздуха и будет удовлетворять теплотехническим требованиям:  
R_o ³ R_reg.

Расчет выполняется  в соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая  защита зданий» и  СП 23-101-2004 «Проектирование  тепловой защиты зданий».

Теплотехническому расчету подлежат: наружные стены, чердачные перекрытия и бесчердачные покрытия, перекрытия над не отапливаемыми подвалами, окна.

 

2.1  Определение теплотехнических параметров

 

2.1.1  Градусо-сутки  отопительного периода  D_d ,°С∙сут.  [2, формула 2]  

Dd = (tint – tht) ∙ zht , Dd = (21 – (–18)) 291=5259 °С∙сут,

(2.1)

где   D_d – градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;

t_int – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по табл. 1 [4] по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20…22 °С).

t_ht, z_ht – средняя температура наружного воздуха, °С  и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01-99* для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °С – при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых, и не более 8 °С –  в остальных случаях.

 

2.1.2 Нормируемое значение сопротивления теплопередаче R_reg, (м²∙°С)/Вт, ограждающей конструкции [2, п. 5.3, табл.4, формула 1]

Rreg = a∙Dd + b   где a, b – коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий и соответствующих видов конструкций за исключением графы 6 для группы зданий в поз.1, где для интервала до 6000 °С·сут: a = 0,000075;  b = 0,15.

(2.2)

 

     2.1.3 Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции k, Вт/(м²∙°С)

 

k = 1/ Rreg

(2.3)

 

 2.2 Наружная стена

D_d =5259 °С∙сут

a=0,00035

b=1,4

R_reg = 0,00035∙5259 +1,4=3,240(м² ·°С)/Bт

 

2.2 Перекрытие над неотапливаемым  подвалом 

 

D_d =5259 °С∙сут

a=0,00045

b=1,9

R_reg = 0,00045∙5259 +1,9=4,266(м² ·°С)/Bт

 

 

2.3 Чердачное перекрытие

D_d =5259 °С∙сут

a=0,00045

b=1,9

R_reg =0,00045∙5259 +1,9=4,266(м² ·°С)/Bт

 

2.4 Оконный блок

2.4.1  К заполнениям  световых проемов относят окна, балконные двери, фонари, витрины и витражи.

2.4.2 Нормируемое значение  сопротивления теплопередаче заполнений  световых проемов  R_reg,  (м²∙°С)/Вт [2, табл.4]

 

Rreg = a∙Dd + b Dd =5259°С∙сут a=0,000075 b=0,15 Rreg = 0,000075∙5259 + 0,15=0,544(м2 ·°С)/Bт

(2.4)

 

2.4.3 Приведенное сопротивление теплопередаче заполнений световых проемов    (м²∙°С/Вт) принимается по сертификатным данным производителя, либо экспериментально по ГОСТ 26602.1

 

Примечание: в курсовой работе приведенное сопротивление теплопередаче заполнений световых проемов (м²∙°С/Вт) принять в соответствии  [4, табл. 5]

 

 

2.4.4  Заполнение светового проема: оконный блок с тройным остеклением в раздельно-спаренных переплетах из обычного стекла с приведенным сопротивлением теплопередачи                       

= 0,55 (м²×°С)/Вт;                R_reg = .

где – сопротивление теплопередаче заполнения светового проема (м²∙°С)/Вт.

 

2.4.5 Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции k, Вт/(м²∙°С)

 

k = 1/ k=1/0,55=1,818 Вт/(м2∙°С)

(2.5)

 

5. Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций по нормативным показателям

Таблица 2.1

№	Наименование ограждающих  конструкций	Условная толщина, δ, м	Rreg , (м2 ·°С)/Bт	k , Вт/(м2∙°С)
1	Наружная стена	0,4	3,240	0,308
2	Чердачное покрытие	0,6	4,266	0,234
3	Перекрытие над неотапливаемым подвалом	0,5	4,266	0,234
4	Оконный блок	3м2 (условная площадь)	0,55	1,818

 

 

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ  НА ОТОПЛЕНИЕ

3.1 Расход тепловой энергии отопление жилых, общественных и производственных зданий следует принимать в соответствии с индивидуальным проектом здания или сооружения.

При отсутствии проектов в практике энергетиков часто возникает необходимость выявить ориентировочную тепловую мощность системы отопления проектируемых зданий и сооружений, чтобы определить тепловую мощность и источника теплоты при централизованном теплоснабжении, заказать основное оборудование и материалы, определить годовой расход топлива, рассчитать стоимость системы теплоснабжения, генератора теплоты и для решения других народно хозяйственных задач.

Для оценки теплотехнических показателей  принятого конструктивно-планировочного решения расчет потерь теплоты ограждения здания сводится к определению удельной тепловой характеристики здания, q_уд, Вт/(м³∙° С), численно равной теплопотерям 1 м³ здания в Вт при разности температур внутреннего и наружного воздуха (t_int – t_ext), °C.

3.2 Ориентировочное значение теплопотерь через ограждающие конструкции здания определяют при оценке нагрузок тепловых сетей и станций по формуле (3.1)

Q₀=a ∙q_уд ∙V_н ∙ (t_int –t _ext),                                         (3.1)

где  Q₀ – ориентировочное значение теплопотерь через ограждающие конструкции здания, Вт;

        а – коэффициент учета района строительства здания определенный по формуле (3.2):

                                                    (3.2)

 

где    q_уд – удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м³∙°С), соответствующая расчетной разности температур для основных помещений [7, прил. 4];

          (t_int – t_ext) – расчетная разность температур внутреннего воздуха для основных помещений и наружного воздуха соответственно;

          t_int – t_ext=21–(–55)=76 °С; может быть найдена по формулам или принимается по приложениям

          V_н – объем отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м³, (высоту отсчитывают от уровня земли).

Если принять, что теплопотери  на инфильтрацию приблизительно компенсируются тепловыми и технологическими теплопоступлениями, а также исходить из предельно допустимых дополнительных потерь в системе отопления, то установочная мощность системы отопления по укрупненным показателям может быть принята равной:

                                      Q₀=1,07∙ a∙ q_уд ∙V_н (t_int – t_ext),                           (3.3)

3.2.1 определение потребного  количества теплоты на отопление зданий по укрупненным показателям.

a=0,54+22/76=0,829

3.2.2 Вычисление V_н

S=185,705м²

где S – площадь здания в плане, м² (вычисляется по данным приложения А).

Для зданий с чердачными перекрытиями наружный строительный объем надземной части определяется умножением площади горизонтального сечения, взятого по внешнему(наружному) обводу здания на уровне первого этажа выше цоколя на полную высоту здании, измеренную от уровня чистого пола первого этажа до верхней плоскости теплоизоляционного слоя чердачного покрытия, приплоских, совмещенных крышах - до средней отметки верха крыши

 

Определение высоты зданий

H₅=3∙5=15м,

H₉=3∙9=27 м,

H₁₂=3∙12=36 м,

где H₅, H₉, H₁₂  – высоты пяти-, девяти-, двенадцатиэтажного зданий соответственно, м ( вычисляются по данным приложения Б).

 

Определение V_н жилых зданий

V_н=Н_i∙S∙n                                                      (3.4)

V_н5=15∙185,705∙3=8356,72 м³,

V_н9=27∙185,705∙3=15042,1 м³,

V_н12=36∙185,705∙1=6685,38 м³,

 

где  n – количество подъездов, штук;

       V₅, V₉, V₁₂  – объемы пяти-, девяти-, двенадцатиэтажного зданий соответственно, м³ .

Примечание: Объем, площадь  и высота здания определяются по приложениям A и Б

 

Таблица 3.1 – Результаты расчетов по первому методу

Тип здания	Площадь этажа, м2	Высота здания, м	a	text. °C	Объем, м3	tint, °C	q уд, Вт/(м3 °С)	Q0, Вт
жилое 5эт	185,705	15	0,829	-55	8356,72	21	0,331	186472
жилое 9эт	185,705	27	0,829	-55	15042,1	21	0,267	270752
жилое 12эт	185,705	36	0,829	-55	6685,38	21	0,331	149178
Административные здания			0,829	-55	5000	19	0,5	164100
Кинотеатры			0,829	-55	10000	20	0,372	247481
Театры			0,829	-55	30000	20	0,233	465025
Детские сады			0,829	-55	5000	21	0,442	148985
Школы			0,829	-55	10000	20	0,407	270765
Поликлиники			0,829	-55	5000	19	0,465	152613
Больницы			0,829	-55	5000	21	0,465	156738
Гостиницы			0,829	-55	5000	21	0,5	168535

 

 

3.3 Потребное количество тепла на отопление за рассматриваемый 
период

При укрупненных расчетах потребное количество теплоты определяют по формуле:

 

                     (3.5)

 

Q_{от 5}=3,6∙186472∙(21-(-19,3))∙24∙278/((21-55)∙1000000)=2375 ГДж

 

где    t_ht – средняя температура наружного воздуха за рассматриваемый период для данной местности, °С;

         z_ht – продолжительность работы систем отопления за рассматриваемый период в сутках;

         t_int – усредненная расчетная температура воздуха внутри отапливаемых помещений, °С;

        t_ext – расчетная температура наружного воздуха для отопления конкретного здания, °С;

        Q₀ – потребное количество тепла на отопление здания с учетом всех потерь теплоты, Вт;

         3,6 – коэффициент перевода Вт в кДж/ч.

Таблица 3.2 – Необходимое количество теплоты на одно здание данного типа

Тип здания	tint – text, °С	tint – tht, °С	Zht, Сут.	Qo, Вт,	Qот, ГДж, на одно здание
жилое 5эт	76	40,3	278	186472	2375
жилое 9эт	76	40,3	278	270752	3448,431
жилое 12эт	76	40,3	278	149178	1900,005
Административные здания	74	38,3	278	164100	2040,018
Кинотеатры	75	39,3	278	247481	3114,81
Театры	75	39,3	278	465025	5852,832
Детские сады	76	40,3	278	148985	1897,546
Школы	75	39,3	278	270765	3407,864
Поликлиники	74	38,3	278	152613	1897,217
Больницы	76	40,3	278	156738	1996,293
Гостиницы	76	40,3	278	168535	2146,545

 

Тип здания	Qот  ГДж, на одно здание	Количество зданий	Qот полное ГДж, На все здания
жилое 5эт	2375	15	35625
жилое 9эт	3448,431	16	55174,91
жилое 12эт	1900,005	5	9500,026
Административные здания	2040,018	7	14280,13
Кинотеатры	3114,81	2	6229,622
Театры	5852,832	1	5852,833
Детские сады	1897,546	5	9487,735
Школы	3407,864	4	13631,46
Поликлиники	1897,217	2	3794,435
Больницы	1996,293	1	1996,293
Гостиницы	2146,545	1	2146,545

Таблица 3.3 – Общая  нагрузка на отопление

 

Полное количество теплоты  необходимое для отопления района находится как сумма требуемого количества теплоты для каждой группы зданий:

Q_{от полное}=∑Q_{от полное i}                                                                      (3.6)

Q _{от полное}=157719 ГДж

 

3.4 Определение q_уд , Вт/(м³ °С) для жилых зданий вторым методом

Удельная тепловая характеристика здания, q_{уд ,} Вт/(м³ °С), может быть ориентировочно найдена по формуле:

,                                     (3.7)

где      d – доля остекления стен здания;

           А  – площадь наружных стен здания, м²;

           S – площадь здания в плане, м²

          V_н – объем отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м³

Кол-во этажей	Кол-во подъездов, штук	Кол-во окон, штук	Площадь окон, м2	Площадь здания в плане, м2	Площадь наружных стен здания, м2	Доля остекления	Объем здания, м3
5	3	150	450	557,115	1957,5	0,22988	8356,72
9	3	270	810	557,115	3577,5	0,22641	15042,1
12	1	120	360	185,705	2059,2	0,17482	6685,38

Таблица 3.2 – Результаты расчетов по второму методу

 

q_уд5 = 1,16∙ ((1+2∙0,22988) ∙1957,5+557,115)/8356,72=0,474 Вт/(м³ °С),

q_уд9=1,16∙ ((1+2∙0,22641) ∙3577,5+557,115)/15042,1=0,4438 Вт/(м³ °С),

q_уд12=1,16∙ ((1+2∙0,17482) ∙2059,2+185,705)/6685,38=0,5144 Вт/(м³ °С),

 

Примечание: периметр и  высота здания находятся по приложениям  А и Б

P₅=186,9 м;

P₉=186,9 м;

P₁₂=62,3 м;

H₅=15 м;

H₉=27 м;

H₁₂=36 м.

Площадь наружных стен (м²) здания находится по формуле:

S_стен=P∙H ,                                                                   (3.8)

S₅=186,9 ∙16,3=3046,47м²

 

3.5 Определение методом Ермолаева q_уд , Вт/(м³ °С)

Удельная тепловая характеристика здания любого назначения, более точно может быть определена по формуле, предложенной Н.С. Ермолаевым:

              (3.9)

где  P, S, H – соответственно периметр, площадь, высота здания

k_нс, k_ок, k_пт, k_пл – коэффициенты теплопередачи наружных стен, окон, перекрытий, [2, табл 2.1]

 

Таблица 3.3 – Результаты расчетов по методу Ермолаева для жилых зданий

Кол-во этажей, штук	P , м	Доля остекления	S, м2	H, м3	kнc, Вт/(м2∙°С)	kок, Вт/(м2∙°С)	kпт, Вт/(м2∙°С)	kпл, Вт/(м2∙°С)
5	186,9	0,14476	666,315	16,3	0,275	1,61	0,19	0,209
9	186,9	0,14829	666,315	28,3	0,275	1,61	0,19	0,209
12	62,3	0,15363	222,105	37,3	0,275	1,61	0,19	0,209

 

q_уд5=1,08∙ (186,9/666,315∙ (0,275 + 0,145(1,61 – 0,275))+(0,9∙0,19 + 0,6∙0,209)/16,3) =0,162 Вт/(м³ °С),

 

q_уд9=1,08∙ (186,9/666,315∙ (0,275 + 0,148(1,61 – 0,275))+(0,9∙0,19 + 0,6∙0,209)/26,3)=0,155 Вт/(м³ °С),

 

q_уд12=1,08∙ (62,3/222,105∙ (0,275 + 0,154(1,61 – 0,275))+(0,9∙0,19 + 0,6∙0,209)/37,3=0,154 Вт/(м³ °С).

 

Таблица 3.4- Сравнение удельных характеристик для жилых зданий . Вт/(м³ °С)

Количество  этажей	qуд, Вт/(м3 °С)
	первый метод Вт/(м3 °С)	второй метод  Вт/(м3 °С)	метод Ермолаева Вт/(м3 °С)
5	0,442	0,491	0,162
9	0,430	0,472	0,155
12	0,477	0,457	0,154

 

Вывод: наиболее точное значение удельной характеристики для жилых зданий, Вт/(м³ °С), получено по методу Ермолаева так, как при вычисление q_уд по формуле 3.9 учитываются не только геометрические характеристики здания но и теплотехнические характеристики ограждающих конструкций.

 

 

 

 

 

 

     4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ НА ВЕНТИЛЯЦИЮ

При отсутствии проектов вентилируемых зданий расчетный  расход тепловой энергии допускается определять по формуле для укрупненных расчетов, Вт

                                    (4.1)

где    q_уд – удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м³∙°С), соответствующая расчетной разности температур для основных помещений;

V_н – объем отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м³ (высоту отсчитывают от уровня земли);     

t_int – усредненная расчетная температура воздуха внутри отапливаемых помещений;

 t_ht – средняя температура наружного воздуха за рассматриваемый период

для данной местности, °С.

Таблица 4.1 Рассчитанное значение тепловой энергии необходимой для вентиляции, Вт

 

Тип здания	Объем, м3	tint, °С	tint – tht, °С	q уд, Вт/(м3∙°С)	Qв, Вт
Административные здания	15000	18	25,8	0,08	30960
Кинотеатры	15000	14	21,8	0,44	143880
Театры	15000	15	22,8	0,47	160740
Детские сады	5000	20	27,8	0,13	18070
Школы	15000	16	23,8	0,08	28560
Поликлиники	15000	20	27,8	0,27	112590
Больницы	15000	20	27,8	0,3	125100
Гостиницы	15000	18	25,8	0,08	30960
Предприятия общественного питания	15000	16	23,8	0,7	249900