Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Способ определения максимального расхода теплоты на нужды горячего водоснабжения для зданий любого назначения

Авторы:

Д. Ф. Карпов, старший преподаватель ФГБОУ ВО «Вологодский государственный университет»,

М. В. Павлов, старший преподаватель, ФГБОУ ВО «Вологодский государственный университет»,

В. А. Агафонов, генеральный директор ОАО «Газпром газораспределение Краснодар»,

К. Ю. Беляев, заместитель директора по производству ООО «Северный край»,

П. С. Березин, инженер ООО «Северный Альянс»,

В. А. Писаренко, начальник участка ООО «Альянс Строй»,

А. А. Холмогоров, директор МУП «Пятовское Плюс», МО «Пятовское»

Существующие нормативные методы нахождения максимального расхода теплоты на нужды горячего водоснабжения зданий трудоемки и ограничены в применении. В работе предложен авторский способ определения расчетной тепловой нагрузки на нагрев водопроводной воды через коэффициент часовой неравномерности водопотребления k_ч, вычисляемый по универсальной формуле. Выполнена проверка авторской методики расчета на примере зданий различного назначения.

Как известно из теплоснабжения, расчетная тепловая нагрузка — это максимальное количество тепловой энергии, необходимое в единицу времени (в секунду [кВт] или в час [Гкал/ч]) для обслуживания различных систем теплопотребления зданий: отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения. На промышленных предприятиях теплота может расходоваться также на технологические (производственные) нужды.

Расчетная тепловая нагрузка играет важную роль при проектировании тепломассообменного оборудования, водоподогревательных установок и котельных агрегатов; при выполнении любых конструкторских теплогидравлических расчетов (например, трубопроводов горячего водоснабжения или тепловых сетей) и мн. др.

Если касаться отдельно расчета тепловых нагрузок на нужды систем отопления и вентиляции, то определение максимального расхода теплоты обычно не составляет особого труда, так как рассматриваемые сезонные потребители тепловой энергии имеют практически постоянный суточный режим теплопотребления. Если проводить расчеты по укрупненным показателям (через удельные тепловые характеристики), то, как правило, для нахождения расчетных тепловых нагрузок на эти системы теплопотребления достаточно знать строительный объем отапливаемой части здания, усредненную температуру внутреннего воздуха, а также расчетную температуру наружного воздуха (температуру воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92) [1].

Рис. 1. Типичный суточный график потребления теплоты на нужды ГВС жилого здания

Совсем по-другому ситуация обстоит с выполнением расчетов максимальной тепловой нагрузки на нужды горячего водоснабжения (далее ГВС). Здесь расход теплоты сильно меняется как в течение суток (рис. 1), так и недели. Например, в жилых районах пиковое потребление горячей воды (выше среднего значения) в рабочие дни характерно для утренних (08.00–12.00) и вечерних (19.00–23.00) часов суток, а минимальное потребление (ниже среднего) — в ночные часы. Также отмечается характерное увеличение потребления горячей воды жильцами в предвыходные дни и в первый выходной день. Расход теплоты на нужды ГВС в общественных и производственных зданиях определяется их назначением и режимом работы [2].

Существуют нормативные методы определения расчетной тепловой нагрузки на нужды ГВС зданий. Например, в своде правил по проектированию [3] приводится следующее уравнение (в формуле указаны оригинальные буквенные обозначения величин):

где  c — удельная теплоемкость воды, 4, 2; G_hmax = k_ч G_hm  и  G_hm— соответственно максимальный и средний за отопительный период расходводы в системе ГВС, кг/ч; k_ч — коэффициент часовой неравномерности водопотребления;  k_тп — коэффициент, учитывающий потери теплоты трубопроводами системы ГВС;  t_c — температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период,  °С.

К недостаткам данного способа можно отнести ограниченность применения формулы (1), так как определение величины G_hmax, кг/ч, рассмотрено только для жилых зданий. Для общественных зданий требуется предварительное определение условной численности жителей через средний расход воды на ГВС за отопительный период, что уже является приближенным методом расчета тепловой нагрузки. Методика расчета величины G_hmax, кг/ч, для проышленных предприятий с неравномерным потреблением горячей воды не рассмотрена.

В нормативном документе [4], регламентирующем проектирование строящихся и реконструируемых систем ГВС, приводится несколько другая методика расчета максимальной тепловой нагрузки. Тепловой поток в течение часа максимального водопотребления на нужды ГВС принято определять по уравнению (в формуле указаны оригинальные буквенные обозначения величин):

где Q_h_hr — максимальный часовой расход горячей воды, м_3; t _с— температура холодной воды в сети водопровода, °С ;  Q_ht — тепловые потери на расчетном участке, .

Выражение (2) является универсальным, но имеет существенный недостаток: сложность выполнения расчета. Предварительно требуется определить с использованием соответствующих таблиц и номограмм вероятность действия санитарно-технических приборов на расчетном участке сети, вероятность использования санитарно-технических приборов для системы в целом и максимальный часовой расход горячей воды. Кроме того, отсутствует какая-либо методика определения тепловых потерь на расчетном участке Q_ht, кВт.

Путем преобразования и аппроксимации зависимостей, приведенных в строительных нормах [4] и другой специальной литературе, получен универсальный и достаточно точный для практических расчетов способ определения максимального расхода тепловой энергии на нужды ГВС для зданий любого назначения.

Коэффициент часовой неравномерности водопотребления k_ч, приведенный в уравнении (1), находится не по специальной таблице, а рассчитывается для всех видов зданий по уравнению (буквенные обозначения величин в формуле взяты из строительных норм [4]):

где  q_h_hr,u— норма расхода горячей воды потребителем в час наибольшего водопотребления, л;  g_h_u,m— норма расхода горячей воды в средние сутки,  л;  U— количество потребителей горячей воды;  q_h_0,hr — расход горячей воды санитарно-техническим прибором,л/ч .

Полученное по уравнению (3) значение коэффициента  k_ч следует подставить в формулу (1) и выполнить расчет тепловой нагрузки Q_hmax, кВт .

Рассмотрим применение авторской методики расчета максимального расхода тепловой энергии на нужды ГВС на примере жилого, общественного и производственного зданий.

Пример № 1. 55-квартирный жилой дом с числом жителей U= 171. Квартиры в жилом доме с ваннами длиной 1500 мм , оборудованными душами, и мойками на кухнях. Расчетное количество санитарно-технических приборов составляет . В итоге получе ны следующие результаты расчета: по уравнению (1) Q_hmax =228,6 кВт  (при  k_ч = 5,01 по таблице 2 из приложения 2 [3]); по уравнению (2) Q_h_hr (тепловые потери  Q_ht приняты равными 5%  от основной тепловой нагрузки);  Q_hmax = 222,5 кВт [при  k_ч = 4,87 по формуле (3)].

Пример № 2. Учебный корпус университета с душевыми при спортивном зале и буфетом, реализующем готовую продукцию. Расчетное число водопотребителей (учащихся и преподавателей) равно  U= 1000, количество санитарно-технических приборов — N=110 . Получены следующие результаты расчета: по своду правил [3] расчет коэффициента  не выполнен по причине отсутствия методики; по уравнению (2) Q_h_hr = 123,5  кВт (тепловые потери  Q_ht приняты равными  3% от основной тепловой нагрузки); по уравнению (1)  Q_hmax = 121,3 кВт  [при  k_ч = 8,24 по формуле (3)].

Пример № 3. Кузнечно-термический цех промышленного предприятия (на хозяйственно-питьевые нужды рабочего персонала). Расчетное число рабочих в максимальную смену равно U=150 , расчетное количество санитарно-технических приборов — N=50 . Получены следующие результаты расчета: по своду правил [3] расчет коэффициента  k_ч не выполнен по причине отсутствия методики; по уравнению (2) Q_h_hr = 108,7  кВт (тепловые потери  приняты равными  от основной тепловой нагрузки); по уравнению (1)  Q_hmax = 114,8 кВт [при k_ч = 15,0 по формуле (3)].

Разработанный способ определения расчетной тепловой нагрузки  Q_hmax, кВт , может применяться в теплоснабжении при проектировании котельных установок, тепловых сетей, тепломассообменного оборудования и внутридомовых систем горячего водоснабжения.

Литература

1. Манюк В. И., Каплинский Я. И., Хиж Э. Б., Манюк А. И., Ильин В. К. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. — Москва: Книжный дом «Либроком», 2009. — 432 с.
2. Смирнова М. В. Теплоснабжение. — Волгоград: Издательский дом «Ин-Фолио», 2009. — 320 с.
3. СП 41-101-95. Проектирование тепловых пунктов. Введ. 01.07.1996. — Москва: ОАО «ЦПП», 1997. — 79 с.
4. СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий. Введ. 01.07.1986. — Москва: ФГУП «ЦПП», 2006. — 60 с.

Скачать статью  в pdf-формате: Способ определения максимального расхода теплоты на нужды горячего водоснабжения для зданий любого назначения