Уменьшение расхода теплоты на отопление жилых зданий путем уточнения их тепловых потерь

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Для экономии расхода теплоты на отопление жилого здания необходимо как можно более точно определять расчетный расход теплоты и его изменение при изменении температуры наружного воздуха. В этом случае расчет по проектным данным здания или расчет по его отопительной характеристике из-за больших погрешностей не приемлем и требуется его уточнение с учетом составляющих теплового баланса здания.

Для уточненного расчета теплоты на отопление здания Q^p_o рекомендуется использовать соотношение [1]:

Q^p_o = (Q^p_oгр + Q^p_инф – Q_вн)· β = [(∑ k_огр · F_огр + V^p_инф · C_pн · ρ _н · а_инф · n_кв)·(t^p_в – t_н) – 18 F_п ] β,

где Q^p_oгр – расчетные теплопотери через ограждающие конструкции здания, Вт; Q^p_инф - расчетный расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха, Вт; Q_вн – внутреннее тепловыделение, Вт; β - поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные тепловые потери через ограждающие конструкции за отопительными приборами и тепловые потери трубопроводов в подвалах и на чердаках. Для 5 … 9 этажных домов принимается β = 1, 15, для домов большей этажности принимается β = 1, 12; k_огр - приведенный коэффициент теплопередачи наружными ограждениями; F_огр - площадь наружного ограждения; V^p_инф – объем инфильтрирующегося воздуха через окна жилых помещений и лестнично-лифтовой узел, принимается из опытных данных для расчетной температуры наружного воздуха t^в_н и расчетной скорости ветра исходя из этажности здания. Величину V^p_инф можно определять приблизительно по таблице 1; C_p – теплоемкость наружного воздуха; ρ _н - плотность наружного воздуха; а_инф – поправочный коэффициент, учитывающий затраты теплоты на нагрев инфильтрирующегося воздуха, с учетом внутренних тепловыделений принимается а_инф = 0, 9; n_кв - число квартир; F_п – площадь пола отапливаемых жилых помещений (комнаты и кухни), м².

Таблица 1. Зависимость объема инфильтрирующегося воздуха через окна жилых помещений и лестнично-лифтовой узел V^p_инф от этажности здания n

График отпуска теплоты при центральном регулировании на источнике строится при помощи зависимости:

Q_o = Q^p_o ·(t^p_в – t_н)/(t^p_в – t^р_н).

Это соотношение дает завышенный расход теплоты, поскольку не учитывает наличия тепловыделений Q_вн в здании. Исследования показывают, что тепловыделения внутри жилых зданий остаются практически неизменными в течении всего отопительного периода. При корректировке графика отпуска теплоты на отопление на величину тепловыделений, его необходимо строить при помощи зависимости:

Q_o = [(Q^p_o / β + Q_вн)·(t^р_в – t_н)/(t^p_в – t^р_н) - Q_вн ]· β.

На рисунке 1 представлен график подачи теплоты в жилое здание для поддержания расчетной температуры воздуха внутри помещения t^р_в = 20 ⁰С при расчетной температуре наружного воздуха t^р_н = -30 ⁰С. По оси «Х» отложена температура воздуха, а по оси «Y» относительная отопительная нагрузка , определяемая как отношение текущей отопительной нагрузки Q_o к ее расчетной величине Q^p_o:

= Q_o/Q^p_o.

Линия 1 на рисунке 1 соответствует графику подачи теплоты, рассчитанному без учета тепловыделения в помещении по формуле:

Q_o = Q^p_o·(t^p_в – t_н)/(t^p_в – t^р_н),

т.е. без учета величины тепловыделения в помещениях Q_вн. Как видно из рисунка, при температуре наружного воздуха t_н = 20 ⁰C Q_o = 0. Подача теплоты в жилое здание должна начинаться при температуре наружного воздуха t_н < 20 ⁰C.

Рисунок 1 – Графики изменения подачи теплоты в жилое помещение: 1 – подача теплоты без учета тепловыделений внутри жилого помещения; 2 - подача теплоты с учетом тепловыделений внутри жилого помещения; 3 – подача теплоты с учетом тепловыделения и срезки; 4 – подача теплоты с учетом тепловыделения, срезки и ветра

Величина тепловых потерь здания линейно зависит от температуры наружного воздуха, поэтому при снижении температуры величина Q^p_o линейно возрастает. Расчетная подача теплоты в жилое здание достигается при расчетной температуре наружного воздуха t^р_н = -30 ⁰С. При этом = 1.

Статистические наблюдения показали, что величина средних тепловыделений Q_внср в жилом здании не зависит от температуры наружного воздуха и остается примерно одинаковой в течении отопительного сезона, т.е. соблюдается условие Q_внср ≈ const. Поэтому график подачи теплоты, рассчитанный с учетом тепловыделения должен пройти параллельно графику подачи теплоты без учета тепловыделения (линии 1). Необходимо определить температуру наружного воздуха t_н, при которой начнется подача теплоты в жилое здание с учетом тепловыделения в жилых помещениях Q_внср.

В зависимости от архитектурно планировочного решения жилого здания величина средних тепловыделений лежит в пределах Q_внср = (0, 15 … 0, 2)· Q^p_o. В расчетах величина внутренних тепловыделений выбирается из условия обеспечения расчетного значения температуры внутри жилого помещения t^p_в = 20 ⁰С для самых неблагоприятных условий, т.е. в угловых помещениях первого и последнего этажа. Для этого значение тепловыделений снижается до величины Q_внср = 0, 10· Q^p_o. Исходя из этого значения Q_внср, определим величину температуры t_н начала подачи теплоты в жилое здание с учетом тепловыделения. Для этого составим соотношение для определения величины подачи теплоты в жилое здание Q_овн при наличии тепловыделений:

Q_овн = Q^p_o – Q_внср = Q^p_o – 0, 1 Q^р_о = 0, 9· Q^р_о.

На графике проведем из точки с координатами Х = -30 0С, Y = 0, 9· Q^р_о линию 2, параллельную линии 1. Линия 2 будет являться графиком теплового потребления жилого здания с учетом тепловыделений. Данная линия пересекает ось «Х» при t_н ≈ 15 ⁰С. Подача теплоты в жилое здание с учетом тепловыделений должна начинаться при температуре наружного воздуха t_н < 15 ⁰C.

С учетом тепловыделений в жилом здании экономия теплоты на его отопление составит Δ Q_овн ≈ 10%.

В настоящее время подача теплоты в жилые здания начинается, как правило, при средней температуре наружного воздух в течении 5 дней t_н = 8 ⁰С. Данная температура называется температурой срезки подачи теплоты. С ее учетом график подачи теплоты будет иметь вид кривой 3. Экономия теплоты на отопление жилого здания за счет срезки без учета тепловыделений составляет Δ Q_оcp ≈ 4 %. С учетом тепловыделений в жилом здании и срезки подачи теплоты экономия теплоты на отопление жилого здания составит Δ Q_овнcp ≈ 14%.

В настоящее время широко применяется регулирование подачи теплоты в помещения жилого здания с коррекцией температуры в каждом помещении. Для этого могут быть использованы регуляторы типа Т48М-2 и Т48М-5. Индивидуальное регулирование позволяет поддерживать расчетное значение температуры воздуха внутри жилого помещения с учетом ветра. С появлением ветра инфильтрация воздуха в помещение возрастает, и температура в помещении снижается. Регулятор увеличивает подачу теплоты до восстановления расчетного значения температуры воздуха t^р_в = 20 ⁰С. Величина коррекции подачи теплоты выбирается исходя из условия обеспечения расчетной температуры воздуха внутри жилых помещений с наветренной стороны здания при воздействии на него среднего максимального ветра в отопительный период подряд в течении 50 часов. Для этого диапазон коррекции подачи теплоты в жилые помещения с учетом ветра Δ Q_oвет выбирается равным 10% от величины расчетного значения тепловой нагрузки Q^p_o, т.е. из условия Δ Q_oвет = 0, 1· Q^p_o. При уменьшении скорости ветра подача теплоты в жилое помещение снижается. Регулирование подачи теплоты в жилые помещения здания позволяют снизить ее потребление в среднем на Δ Q_oвет ≈ 6% (кривая 4 на графике). В результате средняя суммарная экономия потребления теплоты жилым зданием в отопительный период составляет около Δ Q_o∑ ≈ 20%.