Что это такое – удельный расход тепла на отопление? В каких величинах измеряется удельный расход тепловой энергии на отопление здания и, главное, откуда берутся его значения для расчетов? В этой статье нам предстоит познакомиться с одним из основных понятий теплотехники, а заодно изучить несколько смежных понятий. Итак, в путь.
Осторожно, товарищ! Вы входите в дебри теплотехники.
Что это такое
Определение
Определение удельного расхода тепла дается в СП 23-101-2000. Согласно документу, так называется количество тепла, нужное для поддержания в здании нормируемой температуры, отнесенное к единице площади или объема и к еще одному параметру – градусо-суткам отопительного периода.
Для чего используется этот параметр? Прежде всего – для оценки энергоэффективности здания (или, что то же самое, качества его утепления) и планирования затрат тепла.
Собственно, в СНиП 23-02-2003прямо говорится: удельный (на квадратный или кубический метр) расход тепловой энергии на отопление здания не должен превышать приведенных значений. Чем лучше теплоизоляция, тем меньше энергии требует обогрев.
Градусо-сутки
Как минимум один из использованных терминов нуждается в разъяснении. Что это такое – градусо-сутки?
Это понятие прямо относится к количеству тепла, необходимому для поддержания комфортного климата внутри отапливаемого помещения в зимнее время. Она вычисляется по формуле GSOP=Dt*Z, где:
- GSOP – искомое значение;
- Dt – разница между нормированной внутренней температурой здания (согласно действующим СНиП она должна составлять от +18 до +22 С) и средней температурой самых холодных пяти дней зимы.
- Z – длина отопительного сезона (в сутках).
Как несложно догадаться, значение параметра определяется климатической зоной и для территории России варьируются от 2000 (Крым, Краснодарский край) до 12000 (Чукотский АО, Якутия).
Зима в Якутии.
Единицы измерения
В каких величинах измеряется интересующий нас параметр?
- В СНиП 23-02-2003 используются кДж/(м2*С*сут) и, параллельно с первой величиной, кДж/(м3*С*сут).
- Наряду с килоджоулем могут использоваться другие единицы измерения тепла – килокалории (Ккал), гигакалории (Гкал) и киловатт-часы (КВт*ч).
Как они связаны между собой?
- 1 гигакалория = 1000000 килокалорий.
- 1 гигакалория = 4184000 килоджоулей.
- 1 гигакалория = 1162,2222 киловатт-часа.
На фото – теплосчетчик. Приборы учета тепла могут использовать любые из перечисленных единиц измерения.
Нормированные параметры
Они содержатся в приложениях к СНиП 23-02-2003, таб. 8 и 9. Приведем выдержки из таблиц.
Для одноквартирных одноэтажных отдельностоящих домов
| Отапливаемая площадь | Удельный расход тепла, кДж/(м2*С*сут) |
| До 60 | 140 |
| 100 | 125 |
| 150 | 110 |
| 250 | 100 |
Для многоквартирных домов, общежитий и гостиниц
| Этажность | Удельный расход тепла, кДж/(м2*С*сут) |
| 1 – 3 | По таблице для одноквартирных домов |
| 4 – 5 | 85 |
| 6 – 7 | 80 |
| 8 – 9 | 76 |
| 10 – 11 | 72 |
| 12 и выше | 70 |
Обратите внимание: с увеличением количества этажей норма расхода тепла уменьшается. Причина проста и очевидна: чем больше объект простой геометрической формы, тем больше отношение его объема к площади поверхности. По той же причине удельные расходы на отопление загородного дома уменьшаются с увеличением отапливаемой площади.
Обогрев единицы площади большого дома обходится дешевле, чем маленького.
Вычисления
Точное значение потерь тепла произвольным зданием вычислить практически невозможно. Однако давно разработаны методики приблизительных расчетов, дающих в пределах статистики достаточно точные средние результаты. Эти схемы вычислений часто упоминается как расчеты по укрупненным показателям (измерителям).
Наряду с тепловой мощностью часто возникает необходимость рассчитать суточный, часовой, годичный расход тепловой энергии или среднюю потребляемую мощность. Как это сделать? Приведем несколько примеров.
Часовой расход тепла на отопление по укрупненным измерителям вычисляется по формуле Qот=q*a*k*(tвн-tно)*V, где:
- Qот – искомое значение к килокалориях.
- q – удельная отопительная величина дома в ккал/(м3*С*час). Она ищется в справочниках для каждого типа зданий.
Удельная отопительная характеристика привязана к размерам, возрасту и типу здания.
- а – коэффициент поправки на вентиляцию (обычно равен 1,05 – 1,1).
- k – коэффициент поправки на климатическую зону (0,8 – 2,0 для разных климатических зон).
- tвн – внутренняя температура в помещении (+18 – +22 С).
- tно – уличная температура.
- V – объем здания вместе с ограждающими конструкциями.
Чтобы вычислить приблизительный годовой расход тепла на отопление в здании с удельным расходом в 125 кДж/(м2*С*сут) и площадью 100 м2, расположенном в климатической зоне с параметром GSOP=6000, нужно всего-то умножить 125 на 100 (площадь дома) и на 6000 (градусо-сутки отопительного периода). 125*100*6000=75000000 кДж, или примерно 18 гигакалорий, или 20800 киловатт-часов.
Чтобы пересчитать годичный расход в среднюю тепловую мощность отопительного оборудования, достаточно разделить его на длину отопительного сезона в часах. Если он длится 200 дней, средняя тепловая мощность отопления в приведенном выше случае составит 20800/200/24=4,33 КВт.
РАСЧЕТЫ РАСХОДА ТЕПЛА
Чаще всего необходимо знать часовой и годовой расходы тепла.
Часовые расходы тепла, Максимально-часовой расход тепла определяют, исходя из расчетной температуры для отопления и максимальных нагрузок технологического потребления. Полученным значением расхода — тепла пользуются для выбора оборудования источников тепла и для расчета тепловых сетей, тепловых пунктов, местных систем потребителей тепла и вспомогательного оборудования системы теплоснабжения. При этом расход тепла на горячее водоснабжение для санитарно-бытовых нужд согласно указаниям СНиП П-36-73 в расчетных максимально-часовых расходах тепла ТЭЦ и районных котельных учитывается по среднечасовому расходу тепла за отопительный период или по среднечасовому расходу за максимальную рабочую смену.
Максимально-часовой расход тепла является основной величиной, рассчитываемой в первую очередь, затем легко определяются и остальные расходы тепла.
Среднечасовой расход тепла наиболее холодного Месяца года определяется для проверки правильности сделанного Выбора мощности и количества основного оборудования источников тепла. По действующим нормам мощность котельной централизованного теплоснабжения и число установленных в ней котлов выбираются с таким расчетом, чтобы при нахождении одного из котлов в резерве или выходе одного котла из строя система теплоснабжения сохраняла способность обеспечивать:
1) технологические тепловые нагрузки промышленности — полностью;
2) нагрузки горячего водоснабжения санитарно-бытовых нужд промышленности — на уровне среднечасового расхода тепла за отопительный период или среднечасового расхода тепла за максимальную рабочую смену;
3) нагрузки отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха — на уровне среднечасового расхода теп: ла наиболее холодного месяца года;
4) горячее водоснабжение жилого сектора — на уровне среднечасового расхода тепла за отопительный период.
Среднечасовой расход тепла отопительного периода и года используется для определения годового расхода тепла, нужного для различных технических, экономических и статистических расчетов.
Часовой расход тепла в точке перелома графика температур нужен для расчета максимального расхода сетевой воды, циркулирующей в системе теплоснабжения. На основе этих данных определяются диаметры тепловой сети, трубопроводов в котельных, а также размеры водоподогревателей, выполняются гидравлические расчеты трубопроводов и выбираются сетевые насосы.
Расход циркулирующей в тепловых сетях воды изменяется в течение года и суток. В силу особенностей графика температур расход циркулирующей воды в сети достигает максимума в точке перелома графика температур, когда значение At становится наименьшим. В точке перелома расход циркулирующей воды приблизительно па 20—30% больше, чем в точке расчетной температуры отопления, и в 2—4 раза больше, чем при максимальном расходе тепла летом (в зависимости от соотношения тепловых нагрузок и схемы приготовления воды для горячего водоснабжения). Сведения о расходе воды необходимы для выполнения гидравлического расчета тепловых сетей в летнем режиме, выбора летних сетевых насосов, а также проверки правильности выбора котлов и водоподогревателей.
Нередки случаи, когда котлы, исправно обеспечивающие заданную тепловую нагрузку в зимнем режиме, не справляются с нормальным обеспечением летнего режима теплоснабжения в связи с тем, что при определении количества и единичной мощности котлов не был учтен тот факт, что летний расход тепла может сказаться меньше минимальной нагрузки, допустимой для данного типа котлов.
Годовой расход тепла. Сведения о годовом расходе тепла используются в расчетах топливоснабжения и при организации топливного хозяйства, применяются в различных технических, экономических и статистических расчетах и исследованиях. Исходя из годового расхода тепла, рассчитывают, например, удельный расход тепла на единицу вырабатываемой продукции. Данные о годовом удельном расходе тепла служат при сравнительном изучении машин разной конструкции, применяемых в .технологическом процессе производства одинаковой продукции. По годовому расходу тепла судят о коэффициенте использования установленных котлов и проверяют правильность выбора их числа и мощности.
Для определения расхода тепла в единицу времени рассчитывают сначала в отдельности расходы тепла на отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха, горячее водоснабжение и технологию, так как каждому из рассматриваемых видов теплового потребления свойствен свой особый режим, затем суммируют эти расходы.
Для получения данных о расходах тепла определенными объектами следует в первую очередь обращаться к проектным материалам. Проектные данные следует считать наиболее достоверными, так как они должны отражать действительные условия возведения здания: материалы и толщины стен, размеры и число окон и дверей, высоту этажей, технологию строительства и т. д.
Только в случае отсутствия строительного проекта данного здания и невозможности подбора подходящего аналога допускается определение расхода тепла по эмпирическим формулам.
Расход тепла на отопление. При отсутствии проектного материала расход тепла на отопление, кДж/ч, рассчитывается по методу удельных отопительных характеристик по формуле
Сведения о размерах и объемах существующих зданий выдаются городскими инвентаризационными бюро. Пользуясь этими сведениями, определяют объем отапливаемой части здания (рис.2-13).
Температуру наружного воздуха находят в «Справочнике по климату СССР» или в СНиП II-A.6-72 «Строительная климатология и геофизика». В СНиП II-A.6-72 даны подробные климатические и геофизические сведения почти 1200 географических пунктов СССР. «Справочник по климату СССР» рассматривает значительно большее количество географических пунктов страны.
В табл. 2-1 приведены в качестве примера необходимые для расчетов теплоснабжения климатологические данные по некоторым городам СССР.
Средняя температура наиболее холодных суток применяется в расчетах отопления зданий, таких как теплицы, дачи, веранды и т. п., запроектированных в легких ограждающих конструкциях.
Средняя температура наиболее холодных пятидневок применяется в расчетах отопления зданий с массивными ограждающими конструкциями.
Климатологические данные географических пунктов, не указанных в существующих специальных справочниках, должны определяться интерполированием известных данных ближайших географических пунктов.
Температура воздуха внутри помещений tB дается действующими санитарными нормами, а удельный расход тепла здания q0 принимается обычно по эмпирическим данным, приведенным в специальной литературе [15], или определяется расчетами по эмпирической формуле ВТИ или по более точной формуле Ермолаева [5].
В табл. 2-2 даны значения tB, q0, а также qBeBT — удельного расхода тепла на вентиляцию, кДж/(ч-м3-°С), для некоторых зданий разного типа и разной строительной кубатуры при температуре наружного воздуха 30°С.
Удельные расходы тепла на отопление q0 изменяются как функция расчетной температуры наружного воздуха. Для данного географического пункта значение q0, кДж/(ч-м3-°С), рассчитывается по формуле
В технической литературе последних лет принято считать, что для жилых и общественных зданий строительства после 1958 г. удельные расходы тепла на отопление q0 на 20—40% выше, чем для зданий, построенных до 1958 г. На увеличение расхода тепла повлиял, в частности, переход строительства на сборные конструкции и связанное с этим резкое уменьшение толщины стен и перекрытий, а также увеличение площади окон и остекленных поверхностей. В результате применения сборных конструкций значительно уменьшились стоимость и сроки строительства, однако увеличились эксплуатационные расходы — расход тепла.
Для жилых и общественных зданий значение q0 принимается также в зависимости от количества этажей здания:
Количество этажей здания (—30) кДж/(ч-м3-°С)
Характерным для величин q0 и gwr является тот факт, что в любом случае удельный расход тепла на отопление и вентиляцию больших зданий значительно меньше, чем для небольших построек. Таким образом, с точки зрения экономичности теплоснабжения строительство больших и многоэтажных зданий имеет явные преимущества по сравнению с сооружением небольших и одно-этажных зданий.
Принятая в настоящее время нормами температура воздуха внутри помещений со временем может измениться в соответствии с запросами населения, санитарными нормами и требованиями технологических производственных процессов. Замечено, что в жилых помещениях, снабженных средствами покомнатного регулирования внутренней температуры, в большинстве случаев жильцы отступают от нормативной температуры 18°С и устанавливают ее между 19 и 2ГС. В сущности температура воздуха внутри жилых и прочих помещений определяется ощущением комфорта пребывающих в них людей, затем она в виде усредненного значения отражается в устанавливаемых санитарных нормах.
Однако нередко поддерживаемая в производственных помещениях температура устанавливается не на уровне комфортных условий труда, а диктуется технологической необходимостью. Так, например, в прядильных цехах натурального и искусственного волокна, ткацких цехах, цехах обработки волокна и отделки продукции, оптимальная температура, при которой волокно не теряет вязкости, не образует узелков и не рвется, составляет от 22 до 27°С в зависимости от типа „волокна, рабочей скорости машин и технологического процесса производства.
В случаях отсутствия проектных данных максимально-часовые расходы тепла на отопление жилых зданий для жилых районов городов и других населенных пунктов, нужные для расчета районного источника тепла и магистральных тепловых сетей, определяются по укрупненным показателям согласно § 2.4 СНиП Н-36-73 из расчета известной жилой площади и расчетной температуры наружного воздуха для проектирования отопления:
Укрупненный показатель максимально-часового расхода тепла на отопление жилых зданий (на 1 м2 жилой площади), кДж/(ч-м2)
Расход тепла на вентиляцию. Для расчета расхода тепла на вентиляцию необходимо точно определить, в каком из следующих режимов она происходит.
При вентиляции без рециркуляции внутреннего воздуха помещений весь необходимый приток свежего воздуха осуществляется приточной вентиляционной системой полностью за счет наружного воздуха. Такой режим вентиляции характерен для помещений, в которых воздух загрязнен вредными для здоровья, неприятными, пожаро- или взрывоопасными газами или пылью.
Приточная вентиляция с частичной и постоянной рециркуляцией внутреннего воздуха помещений в течение всего отопительного периода работает в тех случаях, когда внутренний воздух помещений после соответствующей очистки от загрязнений на механических фильтрах в камерах приточной вентиляции становится безвредным для здоровья людей и пожаробезопасным. Расход тепла на вентиляцию в описанном режиме уменьшается пропорционально росту интенсивности процесса рециркуляции.
Вентиляция с частичной рециркуляцией внутреннего воздуха помещений, применяемой только в период, когда температура наружного воздуха ниже расчетной температуры вентиляции, применяется в тех же случаях, что и в предыдущем режиме, но с тем дополнительным условием, что экономия тепла от применения рециркуляции получается только в тот период времени, когда температура наружного Воздуха ниже расчетной температуры вентиляции.
Расход тепла в период времени, пока температура наружного воздуха выше расчетной температуры вентиляции, будет постоянно возрастать при понижении значения tH. Когда температура наружного воздуха сравняется с расчетной температурой вентиляции или будет ниже, расход тепла на вентиляцию станет постоянной величиной, меньшей, чем расход тепла на вентиляцию без рециркуляции при той же температуре наружного воздуха (рис. 2-15).
Расход тепла на вентиляцию в значительно большей степени, чем расход тепла на отопление, зависит от проводимых в помещении технологических производственных процессов и от интенсивности производства.
В связи с этим совершенно необходимо при определении расхода тепла на вентиляцию руководствоваться имеющейся по данному объекту проектной документацией. Только в порядке исключения можно допустить определение расхода тепла на вентиляцию производственных зданий общими методами, причем следует считаться с возможностью допущения в подобных расчетах серьезных ошибок.
При отсутствии проектной документации рассчитывают, как и для отопления, максимально-часовой расход тепла на вентиляцию по методу удельного расхода тепла на вентиляцию, кДж/ч, применяя формулу
В любом здании система приточной вентиляции снабжает подогретым воздухом только часть строительного объема здания (рис. 2-16). Но для упрощения расчетов в приведенной выше формуле учитывают весь объем отапливаемой части здания. В связи с этим значения следует также относить ко всему отапливаемому объему здания. Значения qMнт для разного типа зданий указаны в табл. 2-2, а также в соответствующей литературе [15].
Продолжительность периода потребления тепла вентиляцией обычно принимают равной продолжительности отопительного периода п0. Отопление зданий начинают и кончают, когда средняя температура пятидневки достигает 8°С. Если этот температурный критерий не удовлетворяет конкретным условиям вентиляции, то период расходования тепла вентиляцией соответственно удлиняют или сокращают. В действительности тепло на нужды вентиляции расходуется, пока температура наружного воздуха не сравняется с температурой воздуха внутри помещений и станет tK=tB.
По окончании отопительного периода расход тепла на вентиляцию для нагрева наружного воздуха по мере приближения его температуры к температуре воздуха внутри помещений постоянно уменьшается. Однако, учитывая относительно небольшое значение этого расхода, в расчете годового расхода тепла им практически Пренебрегают.
Расход тепла на технологические нужды. Расход тепла на технологические процессы производства можно определить:
1) по данным проектной документации;
2) по аналогии с установленным производственным оборудованием другого предприятия.
Кроме двух указанных выше практически применяемых методов известен еще метод удельных расходов тепла, дающий удовлетворительные результаты для сравнительных оценок и статистических целей, но не дающий достаточных исходных данных для расчета расхода тепла в условиях применения различных теплоносителей, расчета максимально-часового расхода тепла в целом по промышленному предприятию и по каждому цеху в отдельности и других необходимых величин.
Расчеты расхода тепла на технологические нужды при наличии проектных материалов выполняются без затруднений.
Пример расчета. Рассчитать расход тепла сушильными цилиндрами бумагоделательной машины производительностью 4 т/ч газетной бумаги. На производство 1 т бумаги машина расходует сухой насыщенный пар давлением р=0,4 МПа в количестве Q=7,3 ГДж. Машина работает 23 ч в сутки и 345 сут/год. Коэффициент часовой неравномерности потребления тепла /с= 1,1.
Максимально-часовой расход технологического пара
Шираке 3. Э. Теплоснабжение: пер. с латыш. — М.: Энергия, 1979.
Энергоносители
Как своими руками вычислить затраты энергоносителей, зная расход тепла?
Достаточно знать теплотворную способность соответствующего топлива.
Проще всего вычислить расход электроэнергии на отопление дома: он в точности равен произведенному прямым нагревом количеству тепла.
Электрокотел преобразует в тепло всю потребляемую электроэнергию.
Так, средняя мощность электрического котла отопления в последнем рассмотренном нами случае будет равна 4,33 киловатта. Если цена киловатт-часа тепла равна 3,6 рубля, то в час мы будем тратить 4,33*3,6=15,6 рубля, в день – 15*6*24=374 рубля и так далее.
Владельцам твердотопливных котлов полезно знать, что нормы расхода дров на отопление составляют около 0,4 кг/КВт*ч. Нормы расхода угля на отопление вдвое меньше – 0,2 кг/КВт*ч.
Уголь обладает достаточно высокой теплотворной способностью.
Таким образом, чтобы своими руками подсчитать среднечасовой расход дров при средней тепловой мощности отопления 4,33 КВт, достаточно умножить 4,33 на 0,4: 4,33*0,4=1,732 кг. Та же инструкция действует для других теплоносителей – достаточно лишь залезь в справочники.
Источники энергии
Как своими руками вычислить затраты источников энергии, зная расход тепла?
Достаточно знать теплотворную свойство соответствующего горючего.
Несложнее всего вычислить расход электричества на отопление дома: он в точности равен произведенному прямым нагревом количеству тепла.
Так, средняя мощность электрического котла отопления в последнем рассмотренном нами случае будет равна 4,33 киловатта. В случае если цена киловатт-часа тепла равна 3,6 рубля, то в час мы будем тратить 4,33*3,6=15,6 рубля, в сутки — 15*6*24=374 рубля и без того потом.
Обладателям твердотопливных котлов полезно знать, что нормы расхода дров на отопление составляют около 0,4 кг/КВт*ч. Нормы расхода угля на отопление в два раза меньше — 0,2 кг/КВт*ч.
Так, дабы своими руками подсчитать среднечасовой расход дров при средней тепловой мощности отопления 4,33 КВт, достаточно умножить 4,33 на 0,4: 4,33*0,4=1,732 кг. Та же инструкция действует для других теплоносителей — достаточно только залезь в справочники.
