Расчет тепловых нагрузок

Согласно СНиП 11-35-76 проектирование новых и расширение действующих котельных должно осуществляться в соответствии с утвержденными схемами теплоснабжения, то есть с учетом количества и режимов потребления теплоты промышленными предприятиями. Число и единичная мощность котлоагрегатов, параметры и вид теплоносителя, выбор принципиальной тепловой схемы, основного и вспомогательного оборудования, а также технико-экономические показатели производства зависят от суммарных тепловых нагрузок предприятия.

1.2.1. Определение часового и годового расхода теплоты на отопление

Основная задача отопления заключается в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком.

Условие теплового равновесия здания может быть выражено в виде равенства:

Q = Q_Н.О + Q_И = Q_О + Q_Т.В, (1.1)

где Q - суммарные тепловые потери здания, Вт;

Q_Н.О - теплопотери теплопередачей через наружные ограждения, Вт;

Q_И - теплопотери инфильтрацией, Вт;

Q_О - подвод теплоты в здание через отопительную систему, Вт;

Q_Т.В - внутренние тепловыделения, Вт.

Назначение отопительного устройства - восполнять потери теплоты отапливаемых помещений через ограждающие конструкции здания (перекрытия, стены, окна и т.п.). Поэтому для того, чтобы спроектировать системы отопления, надо подсчитать, какое количество теплоты теряет здание.

Теплопотери теплопередачей через наружные ограждения в единицу времени определяются по формуле:

Q_Н.О = ∑ k × F × (t_В – t_Н.О), (1.2)

где Q_Н.О - теплопотери теплопередачей через наружные ограждения, Вт;

k - коэффициент теплопередачи наружных ограждений, Вт/(м²× К);

F - площадь поверхности отдельных наружных ограждений, м²;

t_В - температура воздуха внутри помещения, °С;

t_Н.О - температура воздуха с наружной стороны ограждающих конструкций, °С.

Прохождение теплового потока через строительное ограждение можно разбить на три этапа:

1. Теплота от воздуха в помещении передается к внутренней поверхности помещения.

2. Теплота проходит через стены ограждения, то есть к их наружной поверхности.

3. Теплота с внешней поверхности передается наружному воздуху.

Учет расхода теплоты на инфильтрацию (Q_И) промышленных зданий, то есть на нагревание врывающегося в помещение холодного воздуха, производится путем введения процентной надбавки (25¸ 30 % от расхода тепла на отопление); рекомендуется при наличии большого числа окон, открываемых дверей и т.д. Для жилых зданий надбавка составляет 3¸ 6 %.

Источником внутренних тепловыделений в промышленных зданиях являются тепловые и силовые установки и механизмы (печи, сушилки, двигатели и др.) различного рода. Внутренние тепловыделения довольно устойчивы и нередко представляют существенную долю расчетной отопительной нагрузки, поэтому они должны учитываться при разработке режима теплоснабжения предприятия. Для предупреждения существенного повышения внутренней температуры в помещениях, в которых внутренние тепловыделения значительны, необходимо периодически выключать часть отопительных приборов или снижать расход теплоносителя через них, используя индивидуальную автоматизацию, то есть установку автореруляторов непосредственно на нагревательные приборы.

Расчет теплопотерь здания ведется в следующем порядке.

1. В зависимости от назначения того или иного помещения согласно СНиП или другим нормативным данным выбираются внутренние температуры помещения.

2. В зависимости от географического пункта постройки выбирается наружная температура по СНиП.

3. По генеральному плану определяется ориентировка ограждений по сторонам света.

4. Из строительных чертежей или обмеров по натуре определяются конструкции ограждений и их размеры.

5. По формулам или данным справочной литературы определяется коэффициент теплопередачи или термическое сопротивление отдельных ограждений [3].

4. Определяются теплопотери отдельными ограждениями.

5. К вычисленным основным теплопотерям делаются соответствующие надбавки. Суммируются теплопотери отдельных помещений, и, таким образом, определяется расчетная тепловая мощность отопительной системы, если в помещении нет тепловыделения в результате технологического процесса; в противном случае составляется баланс теплоты помещения, для чего из теплопотерь вычитаются тепловыделения. Так, например, тепловыделения от производственных печей определяются по формуле:

Q_Т.В = ∑ a × F_пов × (t_пов – t_В), (1.3)

где a - коэффициент теплоотдачи от производственных печей, Вт/(м²× К);

F_пов - площадь от производственных печей, м²;

t_пов - температура поверхности производственных печей, °С.

Данный расчет не сложен, однако требует значительных затрат времени.

В тех случаях, когда необходимо знать приближенно значение потерь теплоты здания в целом, задача решается путем определения так называемойтепловой характеристики здания.

Тепловая характеристика здания (q_О) представляет собой потери теплоты в 1 м³ здания в единицу времени при разности внутренней и наружной температур в 1 °С.

При этом способе потери (Вт) относят не к поверхности наружных ограждений здания, а к его объему, то есть

Q_О = q_О × V_н × (t_В – t_Н.О). (1.4)

Для жилых зданий при расчетной наружной температуре t_Н.О = -30 ^оС удельную отопительную характеристику здания можно рассчитать по эмпирической формуле:

, (1.5)

где a - постоянный коэффициент (для кирпичных зданий с толщиной стен в 2, 5 кирпича и с двойным остеклением a = 1, 9; для крупноблочных железобетонных a = 2, 3¸ 2, 6).

В других климатических условиях (t_Н.О ≠ -30 ^оС)

q_О = (1, 3 + 0, 01 × t_Н.О)× . (1.6)

Учитывая особенности расчета теплового режима производственных помещений, q_О следует выбирать по СНиП или справочным данным конкретно для того или иного цеха, помещения пищевого предприятия.