Теплофикация и тепловые сети. И тепловые

• Название: И тепловые
• Анкор: Теплофикация и тепловые сети
• Дата: 27.03.2022
• Размер: 2.4 Mb.
• Имя файла: Теплофикация и тепловые сети.docx
• Тип: Учебник; #420164
• страница: 12 из 101

. т

где о_т — удельный расход топлива на выра­ботку теплоты на ТЭЦ (1.29); Д6_Э — удель­ная экономия топлива за счет электриче­ской выработки ТЭЦ (1.44).

При определении количества полезно использованной теплоты энергоресурсов отсчет должен проводиться не от 0 °C, а от более высокой температуры, так называе­мой температуры окружающей среды, под которой понимается температура окружаю­щего воздуха или температура воды в ре­ках, естественных водоемах или в водопро­воде, так как при этой температуре количе­ство теплоты, содержащейся в окружаю­щей природе, практически бесконечно.

Теплонасосные установки. В том слу­чае, когда температура располагаемой при­родной теплоты или теплоты вторичных энергоресурсов низка и поэтому недоста­точна для полезного использования в систе­ме теплоснабжения, температурный уро­

вень этой теплоты можно искусственно по­высить с помощью термотрансформатора — теплового насоса, затратив на это какую- либо энергию (электрическую, механиче­скую, тепловую).

На рис. 1.16, а приведена принципиаль­ная схема парокомпрессионного теплового насоса, а на рис. 1.16, б— идеальный про­цесс его работы в 7) s-диаграмме. В испари­тель / подводится располагаемая теплота низкого потенциала (природная теплота, сбросная теплота промышленности и т.п.) при температуре 7’_н. Эта теплота передается рабочему агенту (фреону и др.), кипящему в испарителе при давлении р₀ и температуре Т_о = Т_н - &Т_Н, где Д7’₍₁ — перепад темпера­тур между греющей и нагреваемой средой в испарителе. Пары рабочего агента поступа­ют из испарителя 7 в компрессор II в состоя­нии I и сжимаются до давления р_к при соот­ветствующей ему температуре насыщения Т_к. В состоянии 2 сжатые пары рабочего агента поступают в конденсатор III, где пе­редают теплоту теплоносителю системы те­плоснабжения. В конденсаторе пары рабо­чего агента конденсируются. Температура теплоносителя на выходе из конденсатора

^< Г_к, ^{= + Д7}к> ^{где Д7}к — перепад

температур между греющей и нагреваемой средой в конденсаторе. Из конденсатора рабочий агент поступает в жидком виде в детандер IV(точка 3 на Т, s-диаграмме), где происходит расширение рабочего агента от давления р_к до давления р₀, сопровождаю­щееся снижением его температуры и отда­чей работы. Из детандера рабочий агент по­ступает в испаритель / (точка 4), и цикл за­мыкается.

Количество теплоты, подведенной в ис­паритель к одной массовой единице (напри­мер, к 1 кг) рабочего агента, изображается в Т, s-диаграмме площадью а!4б и равно 7’₀ As. Количество теплоты, отданной в кон­денсаторе одной массовой единицей рабоче­го агента, изображается площадью а23б и равно 7’_к As. Удельная работа в идеальном тепловом насосе, приходящаяся на одну массовую единицу рабочего агента, изобра­жается площадью 1234 и равна (Т_к - 7’₀)As. Отношение полезной теплоты, отведенной из конденсатора теплового насоса в систе­му теплоснабжения, к затраченной работе называется коэффициентом трансформа­ции теплоты. Для идеального цикла, изо­браженного на рис. 1.16,6, коэффициент трансформации теплоты
Коэффициент трансформации действи­тельного теплового насоса где Г|_{т н} — КПД теплового насоса, учитываю­щий потери необратимого сжатия рабочего агента в компрессоре и необратимого расши­рения в детандере; для предварительных рас­четов можно принимать т]_{т н} = 0,7—0,8.

Так как в данном случае для работы ком­прессионных тепловых насосов затрачивает­ся электрическая энергия, вырабатываемая на ТЭС, то удельный расход условного топ­лива на получение единицы полезной тепло­ты с помощью теплового насоса, кг/Гкал, или кг/ГДж,

T.II э ’ ' ’ ^>

Пк и(1 -ф_е„)п_э._с

где а = 34,1 кг/ГДж = 143 кг/Гкал ; тц — КПД выработки электроэнергии на КЭС; в среднем гц = 0,32—0,34; <р_{с н} — коэффи­циент собственных нужд КЭС, <р_{с н} = 0,04— 0,06; т}_эс — КПД электрической сети, П_эс = 0,94—0,96.

Тепловые насосы могут конкурировать по тепловой экономичности с котельными установками, если 6_ТН<6^, где Ь^т_к —

удельный расход топлива на выработку те­плоты в котельной.

Для сопоставления тепловых насосов и ТЭЦ по тепловой экономичности следует сравнить значение 6_ТН со значением

(// - Дй_э), где к? — удельный расход топ­лива на выработку теплоты в котельной ТЭЦ (1.29), а &Ь_Э — удельная экономия топ­лива за счет комбинированной электриче­ской выработки ТЭЦ (1.44).

С точки зрения экономии топлива, ком­прессионные тепловые насосы с электро­приводом, как правило, не могут конкури­ровать с ТЭЦ, т.е. с комбинированным про­изводством электрической и тепловой энер­гии (теплофикацией). В случае, когда тем­пература среды, которая является источни­ком теплоты низкого потенциала, Т_н, при­мерно равна температуре окружающей сре­ды Т_{о с}, удельный расход условного топли­ва на получение с помощью теплового насо­са с электроприводом полезно используе­мой теплоты будет больше разности удель­ных расходов топлива на выработку тепло­вой энергии котельной установки ТЭЦ и экономией топлива на ТЭЦ за счет тепло- 56 фикационной выработки электроэнергии, т.е. 6_Т||» (b'_T

Иная ситуация имеет место, когда ис­пользуются тепловые насосы другого типа, например абсорбционные и эжекционные трансформаторы, работающие с использо­ванием термотеплоты от теплофикацион­ных установок. В таких установках отрабо­тавшая при выработке электроэнергии теп­лота полезно используется для производст­ва холода (охлажденной воды) и теплоты низкого потенциала (теплой или горячей воды).

Применение этих установок позволяет повысить тепловую нагрузку ТЭЦ в осенне­весенний и летний периоды, благодаря это­му выравнивается график годовой тепловой нагрузки отборов турбин и соответственно возрастает комбинированная выработка электрической и тепловой энергии, а значит, и экономичность этих ТЭЦ.

Учитывая высокую стоимость транс­форматоров (тепловых насосов, холо­дильных машин), оптимальный метод трансформации теплоты следует выбирать исходя из технико-экономических расчетов с учетом основных направлений развития энергетики.

Контрольные вопросы и задания

1. 
   Определите удельную комбинированную выработку электрической энергии на паро­турбинной ТЭЦ. Напишите расчетную фор­мулу и объясните значения входящих в нее величин.
   
2. 
   Что представляет собой коэффициент 278 кВт • ч/ГДж в формуле для определения удельной комбинированной выработки элек­трической энергии? Как этот коэффициент получен?
   
3. 
   Определите удельный расход условного топ­лива на комбинированную выработку элек­трической энергии на базе теплового потреб­ления. Напишите расчетную формулу и объ­ясните значения входящих в нее величин.
   
4. 
   Что представляет собой коэффициент 0,123 кг/(кВт- ч) в формуле для определения
   

удельного расхода топлива на выработку электрической энергии?

5. 
   Определите удельный расход топлива на вы­работку электрической энергии на КЭС. На­пишите расчетную формулу и обьясните зна­чения входящих в нее величин.
   
6. 
   Объясните, почему тепловая экономичность КЭС зависит от регенеративного подогрева конденсата. Чем эта зависимость учитывает­ся в формуле для определения удельного рас­хода топлива на выработку электрической энергии?
   
7. 
   Определите удельный расход условного топ­лива на выработку теплоты на ТЭЦ. Что представляет собой в этой формуле коэффи­циент 34,1 кг/ГДж? Как этот коэффициент получен?
   
8. 
   Что такое критическая доля комбинирован­ной выработки электроэнергии на ТЭЦ? Приведите формулу для расчета этого пока­зателя и объясните значения входящих в нее величин.
   
9. 
   Как определяется экономия топлива при цен­трализованном теплоснабжении: а) от ТЭЦ; б) от котельных?
   
10. 
    Как определяется КПД выработки электро­энергии на газотурбинных ТЭЦ? Напишите расчетную формулу и объясните значения входящих в нее величин.
    
11. 
    Как определяется удельная выработка элек­троэнергии на газотурбинных ТЭЦ? Напи­шите расчетную формулу и объясните значе­ния входящих в нее величин.
    
12. 
    Объясните, почему на газотурбинных ТЭЦ практически невозможно выработать всю электроэнергию комбинированным мето­дом, т.е. только на базе полезно использо­ванной отработавшей теплоты.
    
13. 
    Как определяется удельная комбинирован­ная выработка электрической энергии в теп­лофикационной парогазовой установке на единицу отработавшей теплоты, отведенной в систему теплоснабжения?
    
14. 
    Как определяется удельиый расход топлива на комбинированную выработку электро­энергии в парогазовой теплофикационной установке?
    
15. 
    Определите удельный расход топлива на те­плоснабжение с помощью теплового насоса. Напишите расчетную формулу и объясните значения входящих в нее величин.
    

ГЛАВА ВТОРАЯ

ТЕПЛОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ

1. 
   КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК
   

В системах централизованного тепло­снабжения (СЦТ) по тепловым сетям пода­ется теплота различным тепловым потреби­телям. Несмотря на значительное разнооб­разие тепловой нагрузки, ее можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: 1) сезонная; 2) круглогодовая.

Изменения сезонной нагрузки зависят главным образом от климатических усло­вий: температуры наружного воздуха, на­правления и скорости ветра, солнечного из­лучения, влажности воздуха и т.п. Основ­ную роль играет наружная температура. Се­зонная нагрузка имеет сравнительно посто­янный суточный график и переменный го­довой график нагрузки. К сезонной тепло­вой нагрузке относятся отопление, вентиля­ция, кондиционирование воздуха. Ни один из указанных видов нагрузки не имеет круг­логодового характера. Отопление и венти­ляция являются зимними тепловыми на­грузками. Для кондиционирования воздуха в летний период требуется искусственный холод. Если этот искусственный холод вы­рабатывается абсорбционным или эжекци- онным методом, то ТЭЦ получает дополни­тельную летнюю тепловую нагрузку, что способствует повышению эффективности теплофикации.

К круглогодовой нагрузке относятся технологическая нагрузка и горячее водо­снабжение. Исключением являются только некоторые отрасли промышленности, глав­ным образом связанные с переработкой 58 сельскохозяйственного сырья (например, сахарная), работа которых имеет обычно сезонный характер.

График технологической нагрузки зави­сит от профиля производственных предпри­ятий и режима их работы, а график нагруз­ки горячего водоснабжения — от благоуст­ройства жилых и общественных зданий, со­става населения и распорядка его рабочего дня, а также от режима работы коммуналь­ных предприятий — бань, прачечных. Эти нагрузки имеют переменный суточный гра­фик. Годовые графики технологической на­грузки и нагрузки горячего водоснабжения также в определенной мере зависят от вре­мени года. Как правило, летние нагрузки ниже зимних вследствие более высокой температуры перерабатываемого сырья и водопроводной воды, а также благодаря меньшим теплопотерям теплопроводов и производственных трубопроводов.

Одна из первоочередных задач при про­ектировании и разработке режима эксплуа­тации систем централизованного тепло­снабжения заключается в определении значений и характера тепловых нагрузок.

В том случае, когда при проектировании установок централизованного теплоснаб­жения отсутствуют данные о расчетных расходах теплоты, основанных на проектах теплопотребляющих установок абонентов, расчет тепловой нагрузки проводится на ос­нове укрупненных показателей. В процессе эксплуатации значения расчетных тепло­вых нагрузок корректируют по действи-

тельным расходам. С течением времени это дает возможность установить проверенную тепловую характеристику для каждого по­требителя.

2. 
   СЕЗОННАЯ НАГРУЗКА
   

Основная задача отопления заключается в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплоприто- ком. Условие теплового равновесия здания может быть выражено в виде равенства

£=е_т+е_и = е₀⁺£_Тв> с-о

где Q — суммарные тепловые потери зда­ния; — теплопотери теплопередачей че­рез наружные ограждения; — теплопо­тери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха; Q_o — подвод теплоты в здание через отопи­тельную систему; g_TB — внутренние тепло­выделения.

Тепловые потери здания в основном за­висят от первого слагаемого Q_T. Поэтому для удобства расчета можно тепловые поте­ри здания представить так:

е = е_т(1+ц), (2.2)

где ц = б_и/бт — коэффициент инфильтра­ции, представляющий собой отношение теп- лопотерь инфильтрацией к теплопотерям те­плопередачей через наружные ограждения.

Источником внутренних тепловыделе­ний g_TB, в жилых зданиях являются обычно люди, приборы для приготовления пищи (газовые, электрические и другие плиты), осветительные приборы. Эти тепловыделе­ния носят в значительной мере случайный характер и не поддаются никакому регули­рованию во времени.

Кроме того, тепловыделения не распре­деляются равномерно по зданию. В поме­щениях с большой плотностью населения внутренние тепловыделения относительно велики, а в помещениях с малой плотно­стью они незначительны.

Для обеспечения в жилых районах нор­мального температурного режима во всех отапливаемых помещениях обычно уста­навливают гидравлический и температур­ный режим тепловой сети по наиболее не­выгодным условиям, т.е. по режиму отопле­ния помещений с нулевыми тепловыделе­ниями (2_ТВ - 0).

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.

Качественное решение этой задачи воз­можно лишь при индивидуальной автома­тизации, т.е. при установке авторегулято­ров непосредственно на нагревательных приборах и вентиляционных калориферах.

Источник внутренних тепловыделений в промышленных зданиях — тепловые и си­ловые установки и механизмы (печи, суши­ла, двигатели и др.) различного рода. Внут­ренние тепловыделения промышленных предприятий довольно устойчивы и неред­ко представляют существенную долю рас­четной отопительной нагрузки, поэтому они должны учитываться при разработке режима теплоснабжения промышленных районов.

Теплопотери теплопередачей через наружные ограждения, Дж/с или ккал/ч, мо­гут быть определены расчетным путем по формуле

б_т = ЕАГДг, (2.3)

где F — площадь поверхности отдельных

наружных ограждений, м²; к — коэффици­ент теплопередачи наружных ограждений,

Вт/(м² ’К) или ккал/(м² • ч • °C); Д/ — раз­ность температур воздуха с внутренней

и наружной сторон ограждающих конст­рукций, °C.

Для здания объемом по наружному измерению V, м³, периметром в плане Р, м,

площадью в плане S, м², и высотой L, м, уравнение (2.3) легко приводится к фор­муле, предложенной проф. Н.С. Ермолае­вым [34]:

⁺ 7 tv,*_nT ⁺ vAj}> (2-⁴)

где к_с, к_ок, к_пл, к_т — коэффициенты тепло­передачи стен, окон, пола нижнего этажа, потолка верхнего этажа; ф — коэффициент остекления, т.е. отношение площади окон к площади вертикальных ограждений (стен); V; ^и V2 — поправочные коэффици­енты на расчетный перепад температур для верхнего и нижнего горизонтальных ограж­дений здания; f_g — усредненная температу­ра внутреннего воздуха отапливаемых по­мещений, °C; f_H — температура наружного воздуха, °C.

Для определения расчетного расхода те­плоты на отопление в (2.4) принимают f_B = t_{B р}, где t_B р — усредненная расчетная температура внутреннего воздуха в отапли­ваемых помещениях.

Ниже приведены рекомендуемые сани­тарными нормами значения t_{B р}, °C, для зда­ний разного назначения:

ТЕПЛОФИКАЦИЯ И ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ 1

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛОФИКАЦИИ 22

31 35

ТЕПЛОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ 66

«V' ^_ ^с(^В р ^— ^11 о)’ 74

'1’н1 94

СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 100

.Es 113

РЕЖИМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 148

8,=8-8₂. (4.68) 194

Й>1 = W'/W'_o= ; 206

О^р О 208

iV, = W₀₊iV_r = ₊ (4.85а) 208

*2 = W'_Q-^_r 208

Qo ' 212

а_т=е'_отМ- (4.IH) 219

а и Ь. 222

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ 231

8jPi.2 8/?1, 263

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ 275

ⁿ\^Q ^{+ s}c 278

■Н_п 278

Н, 278

У m = — • (6.20) 286

V ^{1 S}B-n ^sC-n ^SM-n ^Sm 286

= 7/yPg называется давлением гидравли­ческого удара. 306

z_y = lla, (6.58) 308

/⁼ 1\.2 ⁺h.-l ⁺ /з-4 ⁺ ^5-6 ^{+ 1}в-\- 308

H_y = Jllg, 309

р_у<(р_л-р_р). (6.62) 309

где s_B = ар / f— волновое сопротивление 309

Волновое сопротивление равно давле­нию (напору) гидравлического удара, возни­кающему в трубопроводе при изменении 309

в нем объемного расхода на 1 м /с за время 310

Н = Н /7Л 310

Н - Н у‘°/у‘ 310

ТЕПЛОФИКАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЭЦ 313

1/а, + 1/а₂ + S5/X 318

ОБОРУДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ (ПОДСТАНЦИЙ) 328

Н„ = Н_о - AZ = Н_о- (Z_c - Z_a) = idem, (8.1) 331

Н_О = Н_П + AZ. (8.2) 331

d₃ 2g 342

— = ^с— ; и = GJG_n— коэффицн- 346

0,6и+ 2-7о,36и²+2,4и+2,4 348

чЛ'в-‘_н№ = 2₀^d-+ > или 364

n ^FSP^CP 364

. Q_o ^t,Q_o^_oy _/о_ 365

д₀У _е^2/Р 365

Q_o 365

О2₀^/(1₀Г) 365

ОБОРУДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ 378

^d_B 404

п₂ = = Pdj/W = pd_B/(2$), (9.7) 404

M₀ = q/²/12, (9.12) 405

Я = и ⁺ Я²_г> (9 13) 405

/ = jYla^W/q (9 17а) 406

NR> Q_Bs + Q_Bp.r, (9.19) 409

S = nd²_abpap. (9.24) 412

п. — . \⁷ '^а) 417

\EJ 418

к 418

„ г у² ds 418

к к 418

^Edm_maxy 418

+ 0,67/³ + /,/² - 4/?/² + 2/?²/- 1,33/?³} 419

ст= 1,5ДЕб/(л+I)//² (9 51) 420

i_K = 4>r/l, (9.53) 420

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ 423

т -1₀= qR\ (10.2) 423

R = Л_в + Я_тр + Л_и + R_H, (10.4) 423

Д=1/(я<Ах), (10.5) 424

AR 428

, (10.18) 428

₌ ln(4t/J) ₍₁о.2о) 430

h„ = h + h^, (10.21) 430

^R4K ^{+ R}K ^{+ Л}гр 431

!//?,+ ! /R₂+...+1 /R_n+ 1 /Л_к._о 431

R_o = —±—\nJTT(2h/b')², (10.30) 2лХп, 432

1х² + (у + /г)² 432

Q_M = ql₃, (10.36) 432

T}_H = (Q_r-Q_H)/Q_r=i-Q»/Qr (Ю.38) 433

А₂ = А,-g/(l+g)/G (10.41) 433

R = R_CU+R = In — 436

Контрольные вопросы и зодания 437

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ 438

^С 'к 444

(E_H+f)k_H (11.5) 445

t - t В II 449

^{_ _}Q р 449

b + cl 449

относительная повреждаемость теп­ловой сети 452

относительный аварийный недоотпуск тепловой энергии 452

Qo ⁷ 455

⁷Qo ⁷ 455

Qo 455

pg 461

z = -2 2 ₊ 462

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНВЕСТИЦИЙ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ 470

Р ⁼ Рср ^{+ ь + с}> О²-⁹) 480

^ок " чдд₅ - чдд₄ ' 482

ТП- О'. т К. 482

т П. - О' 482

₊ ЧДД,(р₂-Р|) ^{Pl +} чдд, -чдд₂ 483

I 0,(1 + Р)‘ 483

_Ид ₌ = 484

ВР\ - И_{ - //, = ВР₂ - И₂ - Н₂. (12.21) 488

Р = П_щк,/К, (12.24) 488

РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕПЛОСНАБЖАЮЩИХ СИСТЕМ 490

+1)]а, (13.3) 491

^G_{В п} ГП Л_д 494

^L = i^L^i^^G- <¹³-¹²) 494

К_йК = к_йКУ, (13.15) 495

А-_аб = Л_рЛ (13.17) 495

К,_я = К_тб + К_тт, (13.19) 495

Затраты на сырье и основные материа­лы, руб/год, определяются в виде 497

И = У У^к Ц* + 497

Затраты на вспомогательные мате­риалы, руб/год, покупаемые со стороны, 497

т 497

Затраты на топливо определя­ 497

пдв 501

а) Земельный налог 503

г) Налог на владельцев транспортных средств 505

G.^p,n_l G₂^P2^2 507

Др_с = Л_л£(1 + а), (13.62) 507

т 1 + т₂ + ... + т_п 509

3 = + М_{у с} <7_{Т с}т_? + (/, + £) х 521

■k^>(E+ftk_mly. (13,98) 523

у_р = m(b + cf)d^1,2, (13.103) 524

^Т" ^Тн - ¹ 525

ОГЛАВЛЕНИЕ 571

В (2.4) коэффициенты ф| и ф₂ меньше единицы, так как в отопительный период температура воздуха на чердаке здания и температура грунта под полом нижнего эта­жа выше наружной температуры. В боль­шинстве случаев V] = 0,75-0,9; ф₂ ⁼ 0,5-0,7.

Выражение, заключенное в (2.4) в фигурные скобки, представляет собой потерю теплоты теп­лопередачей через наружные ограждения при раз­ности внутренней и наружной температур 1 °C, отнесенную к 1 м³ наружного объема здания.

Эта величина, называемая удельной теплопо-

терей здания,

= f *в ⁺ £*г> (2.5)

где£_в—средний коэффициент теплопередачи вер- 2

тикальных ограждений зданий (стен), Вт/(м • К) или ккал/(м ■ ч • °C); к_г — эквивалентный коэф­фициент теплопередачи горизонтальных ограж­дений здания (перекрытий верхнего этажа и пола

2 2

нижнего этажа). Вт/(м • К) или ккал/(м •ч-°С): к₃ = *_С + Ф(*_ОК-*_С);1 *r = + J ⁽²'⁶⁾

Единица измерения удельной теплопотери здания q_ov зависит от принятой единицы изме­рений коэффициентов теплопередачи. При к в

2 3

Вт/(м • К), q_ov измеряется в Дж/(с • м • К);

2

при к в ккал / (ч • м • °C), q_m измеряется в ккал/(ч • м³ • °C).

Из (2.4) и (2.5) следует, что удельная тепло- потеря здания зависит не только от коэффициен­тов теплопередачи наружных ограждений к_в и к_р но и от формы и размеров здания в плане, харак­теризуемых периметром Р и площадью S, а так­же от высоты здания £:

Застройка	МДж/(с • га)	Гкал/ /(ч • га)
I -этажная	0,175—0,23	0,15—0,20
2-этажная	... 0,29—0,47	0,25—0,4
3-этажная	... 0,47—0,64	0,40—0,55
4-этажная	... 0,58—0,82	0,50—0,70
5- и 6-этажная	0,75—0,92	0,65—0,80
12-этажная и выше	1,1—1,7	0,95—1,45

Отношение периметра к площади в плане может быть выражено следующей общей зави­симостью:

P/S = Ф/JS, (2.7)

где Ф = Р/ JS — безразмерный параметр фор­мы. те. постоянная безразмерная величина, ха­рактеризующая форму здания в плане. Для круга Ф = 2/Jn = 3,54; для квадрата Ф = 4; для пря-

2(л+1)

моугольника Ф - > _—‘, где п — отношение

длинной стороны прямоугольника к короткой. Поскольку высота здания £ = Г/S, то из со­

вместного решения (2.5) и (2.7) следует

(2.8)

ЧУ L

Как видно из уравнений (2.8), при неизмен­ном наружном объеме здания У = const увеличе­ние его высоты или уменьшение площади в пла­не приводит к увеличению тепловых потерь че­рез вертикальные наружные ограждения и к снижению тепловых потерь через горизон­тальные ограждения.

Из условия d_0P/d£ = 0 выводятся предло­женные автором уравнения для расчета опти­мальных (по минимуму теплопотерь) размеров здания заданного объема Г:


£>l°-⁶⁷_IZ0,33

.хф)

/ к_вФ\<>& ₀₆₇ 5_ОПТ = 0,625 (J-J Г°'⁶⁷. ¹³

Как видно из (2.9), при снижении отношения k_B/k_t, а также при снижении параметра формы Ф увеличивается оптимальная высота £_опт и соот­ветственно снижается оптимальная площадь в плане 5_0ПТ для здания неизменного наружного объема.

Оптимальные размеры зданий выбираются не только по минимуму теплопотерь, но и с уче­том планировочных, социальных, бытовых, тех­нологических и других условий. Формула (2.9) может быть использована для оценки возмож­ных решений только с позиции снижения тепло­потерь.

Пример 2.1. Определить оптимальные по минимуму теплопотерь размеры жилого здания

наружным объемом Г = 200 тыс. м³, а также зна­чение удельной теплопотери при оптимальных размерах. Исходные данные' средний коэффици­ент теплопередачи вертикальных ограждений к_в = 1,5 Вт/(м • К); эквивалентный коэффициент теплопередачи горизонтальных ограждений к_г= 1,0 Вт/(м² • К); в плане здание имеет форму прямоугольника с отношением сторон п = 10.

Решение. Параметр формы здания в плане

Ф _{= = 6)96}

Ло

Оптимальная высота здания по (2.9)

^{= 1}’⁶(гТ¹Ьб)°⁶⁷'^{200 ООО}°’^{33 = 28 м}'

Оптимальная площадь здания в плане S_onT = 200 000/28 = 7143 м².

Линейные размеры здания в плане при п = 10:

/, = 77143/10 = 26,7 м;

1₂ = 267 м;

Удельная теплопотеря д_т по (2.5) <у_ОР = 0,083- 1,5+ 1,9/26,7 = 0,195 Дж/(с-м³-К).

Пример 2.2. Как изменятся оптимальные раз­меры здания и удельная теплопотеря, если здание тем же объемом Г = 200 тыс. м³ будет выполнено в плане в форме квадрата. В этом случае Ф = 4.

Оптимальная высота здания по (2.9)

^L°"^{T =} ’ ’⁶(йб4Ч° " ‘ ²⁰⁰ °⁰⁰°’^{33 = 4}°’^{6 М}-

Оптимальная площадь здания в плане 5_0ПТ = 200 000/40,6 = 4926 м².

Линейные размеры здания в плане 1= 74926 =70,2 м;

Р /S = 4 • 70'2 /4926 = 0,057 1 /м.

Удельная теплопотеря q_ov по (2.5)

<7_0v= 0,057 • 1,5 + 1,9/40,6 = 0,134 Дж/(с • м³ • К).

При квадратной форме удельная теплопотеря снижается по сравнению с прямоугольной с п = = 10 в 0,195/0,134 = 1,46 раза.

Теплопотери путем теплопередачи че­рез наружные ограждения здания

ет^о^Ов-'Д (2.Ю)

а полные теплопотери с учетом инфильт­рации

e=_9ovr(i + ц)(/_в-/_н). (2.П)

Для жилых и общественных зданий при правильной эксплуатации максимальный коэффициент инфильтрации в большинстве случаев составляет 3—6 %, что лежит в пределах погрешности расчета теплопо- терь. Поэтому для упрощения инфильтра­цию не вводят в расчет, т.е. принимают ц = 0. Для учета инфильтрации значение удельных теплопотерь принимают с не­большим запасом.

Теплопотери инфильтрацией промыш­ленных зданий нередко достигают 25—30 % теплопотерь через наружные ограждения, и их необходимо учитывать при расчете.

Как видно из (2.10), максимальные теп­лопотери теплопередачей через наружные ограждения соответствуют минимальному значению /_н, т.е. наинизшей температуре наружного воздуха. Естественно, возникает вопрос, по какой наружной температуре следует определять расчетный расход теп­лоты на отопление. Если это выполнять по минимальной наружной температуре, ко­гда-либо наблюдавшейся в данной местно­сти, то получатся чрезмерно завышенные мощности тепловых установок, так как ми­нимальная наружная температура имеет, как правило, весьма кратковременный характер.

Поэтому при определении расхода теп­лоты на отопление исходят не из минималь­ного значения наружной температуры, а из другого, более высокого, так называемого расчетного, значения наружной температу­ры для отопления /_н0, равной средней тем­пературе наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50-летний период [129].

В приложении 1 в конце книги приведе­ны расчетные наружные температуры для ряда городов бывшего СССР. Для пунктов, не указанных в приложении 1, расчетная температура может быть ориентировочно принята на основании карты на рис. 2.1. Для кавказского побережья Черного моря и по­бережья Каспийского моря в Азербайджане расчетная наружная температура принима­ется, равной -5 °C.

Температура внутренней поверхности наружных стен непосредственно влияет на интенсивность теплоотдачи излучением от поверхности человеческого тела при нахо­ждении человека в жилых и общественных зданиях; максимальная разность между температурой воздуха в помещениях и тем­пературой внутренней поверхности наруж­ных стен должна быть не выше 6 °C [47].

Так как при установившемся тепловом режиме теплоприток к внутренней поверх­ности наружных стен равен количеству теп­лоты, передаваемой через стену, для режи­ма расчетной наружной температуры мож­но записать следующие уравнения:

«V' ^_ ^с(^В р ^— ^11 о)’

или

к_с = a_c5//(/_Bp-f_H0), (2.12)

Электронная библиотека http://tgv.khstu.ru/