Тонкости расчетов отопления в многоквартирном доме

Тепловая нагрузка от нагрева воды для ГВС

Для определения этой нагрузки можно воспользоваться той же простой формулой, только теперь надо посчитать тепловую энергию, расходуемую на подогрев воды. Ее теплоемкость известна и составляет 4.187 кДж/кг °С или 1.16 Вт/кг °С. Учитывая, что семье из 4 человек на все потребности достаточно 100 л воды на 1 сутки, нагретой до 55 °С, подставляем эти цифры в формулу и получаем:

QГВС = 1.16 Вт/кг °С х 100 кг х (55 – 10) °С = 5220 Вт или 5.2 кВт теплоты в сутки.

Единица мощности оборудования всегда отнесена к 1 часу, а полученные 5.2 кВт – к суткам. Но делить эту цифру на 24 нельзя, ведь горячую воду мы хотим получать как можно скорее, а для этого котел должен располагать запасом мощности. То есть, эту нагрузку надо прибавить к остальным как есть.

Расчет тепловой нагрузки потребителейтеплоты.

1.1  Расчет тепловых нагрузок жилищно-коммунального сектора.

Максимальный часовой расход
теплоты на отопление жилых зданий,

Максимальный часовой расход
теплоты на отопление общественных зданий,

Максимальный часовой расход
теплоты на отопление жилого района,

Максимальный часовой расход
теплоты на вентиляцию общественных зданий,

Средний часовой расход на
горячее водоснабжение жилых зданий,

, где  1,2 – коэффициент суточной неравномерности
водопотребления,

 — теплоемкость воды,

 — расчетная длительность подачи теплоты на
горячее водоснабжение.

Средний часовой расход
теплоты на горячее водоснабжение общественных зданий,

Средний часовой расход
теплоты на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий,

Средний часовой расход
теплоты на горячее водоснабжение в летний период,

,

где  — коэффициент,
учитывающий снижение расхода горячей воды в летний период.

Суммарная тепловая нагрузка
жилого района,

Отношение среднечасовой
нагрузки на горячее водоснабжение и расчетной нагрузки на отопление

Определяем годовой расход
тепла на отопление,

,

где  ,

 ,

Определяем годовой расход
тепла на вентиляцию общественных зданий,

,

где   —
усредненное число часов работы систем вентиляции в течении суток за
отопительный период,

 — часть отопительного периода в сутках с
температурой наружного воздуха выше расчетной для проектирования вентиляции.

;  ,

Годовой расход теплоты на
горячее водоснабжение района,

,

где    —
число суток работы системы горячего водоснабжения в году.

Суммарный расход теплоты на
обслуживание района,

1.2  Расчет тепловых нагрузок промышленных предприятий.

В виду отсутствия в
современных условиях действительных значений промышленных предприятий принимаем
расходы теплоты на предприятиях исходя из статистических данных по городу
Комсомольску-на-Амуре на 1990 год: на 100000 жителей 120 МВт, из них 15% на
отопление, 10% на вентиляцию, 25% на горячее водоснабжение и 50% на
технологические нужды. Исходя из этих данных производим расчет тепловых
нагрузок.

Суммарный расход теплоты на
промышленные предприятия

Максимальный часовой расход
теплоты на отопление промышленных помещений,

Максимальный часовой расход
теплоты на вентиляцию промышленных помещений,

Часовой расход теплоты на
горячее водоснабжение промышленных предприятий,

Максимальный часовой расход
теплоты на технологические нужды,

Годовой расход теплоты на
отопление промышленных помещений,

,

Годовой расход теплоты на
вентиляцию промышленных помещений,

,

Годовой расход теплоты на
горячее водоснабжение промышленных зданий,

,

Годовой расход теплоты на
технологические нужды,

,

где   ; 
.

Суммарный годовой расход
теплоты на промышленном предприятии,

,

1.3  Расчет суммарных тепловых нагрузок ТЭС.

Суммарный расчетный расход
теплоты на отопление жилых, общественных, и промышленных помещений,

,

Суммарный расчетный расход
теплоты на вентиляцию общественных, и промышленных помещений,

,

Суммарный средний часовой
расход теплоты на горячее водоснабжение жилых, общественных, и промышленных
помещений,

,

Суммарный расчетный расход
теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых, общественных и
промышленных зданий,

,

Суммарный расчетный расход
теплоты на все виды теплопотребления,

1.4  Суммарная тепловая мощность ТЭС.

Определяется как суммарный
расход теплоты на все виды теплопотребления с учетом потерь теплоты в тепловых
сетях и на собственные нужды ТЭЦ

Определение расходаинфильтрующегося воздуха в жилых зданиях с герметичными оконными проемами сопротивление воздухопроницанию превышает 0,9 м2чкг

1. В жилых
зданиях независимо от принципа побуждения вентиляции с сопротивлением
воздухопроницанию оконных проемов более 0,9 м2 · ּ ч/кг
вентиляционная норма воздуха в квартирах, как правило, превышает объем
инфильтрующегося через проемы воздуха под действием разности давлений на
наружной и внутренней поверхностях окон даже на уровне первого этажа. Поэтому в
таких зданиях часовой расход инфильтрующегося воздуха в средние за отопительный
период сутки определяется расходом инфильтрующегося воздуха через окна, витражи
и входные наружные двери лестнично-лифтового узла, включая пожарные двери
наружных переходов в лоджиях и, если есть, то и встроенно-пристроенных нежилых
помещений.

2.
Количество инфильтрующегося воздуха через окна, витражи и двери
лестнично-лифтовогоузла G_inf ,_ЛЛУ , кг/ч,
рассчитывается исходя из того, что эти проемы ориентированы на наветренный
фасад и находятся под разрежением:

  ( 3.1)

где A_F , A _{F . S} , A _{F . k} , A _ed — суммарная площадь
соответственно окон, витражей, балконных дверей наружных переходов и входных
наружных дверей лестнично-лифтового узла, м2;

R_{a . F} , R_{a . F . S} , R_{a . F . k} , R_{a . ed} —
сопротивление воздухопро ницанию заполнений перечисленных выше проемов, м2ּч/кг,
при разности давлений наружного и внутреннего воздуха на ограждающих
конструкциях ΔР = 10Па; принимается из сертификата или по
результатам испытаний (допускается принимать R_{a . F} = 0,6 м2ּч/кг, R_{a . F . S} = 1 м2ּч/кг, R_{a . F . k} = 0,47 м2ּч/кг, R_{a . ed} = 0,14 м2ּч/кг.

ΔР _{F .ЛЛУ} , ΔP_ed — расчетная
разность давлений наружного и внутреннего воздуха соответственно для заполнений
этих проемов (окон, витражей и балконных дверей переходов) на уровне середины
здания (по высоте) и входных наружных дверей на уровне их центра, Па:

                                  ( 3.2)

( 3.3)

где Н — высота здания
от пола первого этажа до устья шахты, м;

  — удельный вес,
Н/м3, соответственно наружного воздуха при средней температуре
отопительного периода и воздуха помещения;

ν — средняя за отопительный период скорость
ветра, м/с.

Коэффициент , учитывающий дополнительную инфильтрацию воздуха через входные
вестибюли и лестнично-лифтовой узел, определяется по формуле (3.4) и
подставляется в формулу ( 5):

                                                                ( 3.4)

где — то же, что в формуле ( 5);

G_{inf .ЛЛУ} — тоже, что в
формуле ( 3.1).

3. Во встроенно-пристроенных
к жилому зданию помещениях общественного назначения, оборудованных только
вытяжной естественной или механической вентиляцией и при отсутствии термостатов
на отопительных приборах и системы автоматического регулирования центрального отопления
с коррекцией по температуре внутреннего воздуха в помещениях, расход
инфильтрующегося воздуха в нерабочее время следует принимать равным расходу
приточного воздуха в рабочее время. Это связано с тем, что отопительные приборы
подобраны с учетом нагрева последнего и, несмо тря на то, что объем инфильтрации
будет меньше нормативного воздухообмена, снизить теплоотдачу отопительных
приборов нечем и надо принимать воздухообмен в течение всех суток независимо от
режима работы равным L_{ν .о} .

4. Во встроенно-пристроенных
к жилому зданию помещениях общественного назначения, система отопления которых
оборудована термостатами, количество инфильтрующегося воздуха через закрытые
окна, витражи и двери в нерабочее время будет зависеть от их сопротивления воздухопроницанию
и от расчетной разности давлений. Разность давлений следует определять на
уровне встроенного этажа, полагая, что все помещения находятся с наветренной
стороны, — с использованием формул ( 3.2)
и ( 3.3), подставляя в них значения
расчетных температур внутреннего воздуха (в помещении офисов — 20 °С, лечебного
учреждения — 21 °С, детского дошкольного учреждения — 22 °С, торговых залов —
16-18 °С, а лестничной клетки и входных вестибюлей — 16 °С).

Количество
инфильтрующегося воздуха за нерабочее время в течение недели складывается с
количеством требуемого для вентиляции воздуха в рабочее время, делится на число
часов в неделю и подставляется в формулу ( 5)
вместо L_{ν .о} .

Точные расчеты тепловой нагрузки

Но все же этот расчет оптимальной тепловой нагрузки на отопление не дает требуемую точность вычисления. Он не учитывает важнейший параметр – характеристики здания. Главной из них является сопротивление теплопередачи материал изготовления отдельных элементов дома – стен, окон, потолка и пола. Именно они определяют степень сохранения тепловой энергии, полученной от теплоносителя системы отопления.

Что же такое сопротивление теплопередачи (R
)? Это величина, обратная теплопроводности (λ
) – возможности структуры материала передавать тепловую энергию. Т.е. чем больше значение теплопроводности – тем выше тепловые потери. Для расчета годовой нагрузки на отопление воспользоваться этой величиной нельзя, так как она не учитывает толщину материала (d
). Поэтому специалисты используют параметр сопротивление теплопередачи, который вычисляется по следующей формуле:

Расчет по стенам и окнам

Существуют нормированные значения сопротивления теплопередачи стен, которые напрямую зависят от региона, где расположен дом.

В отличие от укрупненного расчета нагрузки на отопление сначала нужно вычислить сопротивление теплопередачи для наружных стен, окон, пола первого этажа и чердака. Возьмем за основу следующие характеристики дома:

• Площадь стен – 280 м²
  . В нее включены окна – 40 м²
  ;
• Материал изготовления стен – полнотелый кирпич (λ=0.56
  ). Толщина наружных стен – 0,36 м
  . Исходя из этого рассчитываем сопротивление телепередачи – R=0.36/0.56= 0,64 м²*С/Вт
  ;
• Для улучшения теплоизоляционных свойств был установлен наружный утеплитель – пенополистирол толщиной 100 мм
  . Для него λ=0,036
  . Соответственно R=0,1/0,036= 2,72 м²*С/Вт
  ;
• Общее значение R
  для наружных стен равно 0,64+2,72= 3,36
  что является очень хорошим показателем теплоизоляции дома;
• Сопротивление теплопередачи окон – 0,75 м²*С/Вт
  (двойной стеклопакет с заполнением аргоном).

Фактически тепловые потери через стены составят:

(1/3,36)*240+(1/0.75)*40= 124 Вт при разнице температуры в 1°С

Температурные показатели возьмем такие же, как и для укрупненного вычисления нагрузки на отопление +22°С в помещении и -15°С на улице. Дальнейший расчет необходимо делать по следующей формуле:

124*(22+15)= 4,96 кВт/час

Расчет по вентиляции

Затем необходимо вычислить потери через вентиляцию. Общий объем воздуха в здании составляет 480 м³. При этом его плотность примерно равна 1,24 кг/м³. Т.е. его масса равна 595 кг. В среднем за сутки (24 часа) происходит пятикратное обновление воздуха. В таком случае для вычисления максимальной часовой нагрузки для отопления нужно рассчитать тепловые потери на вентиляцию:

(480*40*5)/24= 4000 кДж или 1,11 кВт/час

Суммируя все полученные показатели можно найти общие тепловые потери дом:

4,96+1,11=6,07 кВт/час

Таким образом определяется точная максимальная тепловая нагрузка на отопление. Полученная величина напрямую зависит от температуры на улице. Поэтому для расчета годовой нагрузки на отопительную систему нужно учитывать изменение погодных условий. Если средняя температура в течение отопительного сезона составляет -7°С, то итоговая нагрузка на отопление будет равна:

(124*(22+7)+((480*(22+7)*5)/24))/3600)*24*150(дней отопительного сезона)=15843 кВт

Меняя температурные значения можно сделать точный расчет тепловой нагрузки для любой системы отопления.

Полученная величина указывает на фактические затраты энергоносителя при работе системы. Существует несколько способов регулирования тепловой нагрузки отопления. Наиболее действенный из них – уменьшение температуры в комнатах, где нет постоянного присутствия жильцов. Это можно осуществить с помощью терморегуляторов и установленных датчиков температуры. Но при этом в здании должна быть установлена двухтрубная система отопления.

Для вычисления точного значения тепловых потерь можно воспользоваться специализированной программой Valtec. В видеоматериале показа пример работы с ней.

III. Учет тепловой энергии, теплоносителя на источнике

12. На источнике тепловой энергии узлы учета устанавливаются на каждом выводе тепловой сети. Принципиальная схема размещения точек измерения количества тепловой энергии и массы (объема) теплоносителя, а также его регистрируемых параметров на источнике тепловой энергии для водяных систем теплоснабжения представлена на рисунке 2.

Изменения этой схемы допускаются при эксплуатации источников тепловой энергии без собственной водоподготовки и источников тепловой энергии с подпиткой в общий коллектор. Неиспользуемые выводы, на которых отсутствуют приборы для измерения параметров теплоносителя, должны быть отключены и опломбированы.

13. На каждом выводе тепловой сети за каждый час (сутки, отчетный период) должны регистрироваться следующие величины:

а) масса теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах;

б) масса теплоносителя, израсходованного на подпитку системы теплоснабжения, при наличии подпиточного трубопровода (трубопроводов);

в) отпущенная тепловая энергия;

г) средневзвешенные значения температур теплоносителя в подающем, обратном трубопроводах и на трубопроводе холодной воды, используемой для подпитки;

д) средние значения давлений теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах;

е) время работы теплосчетчика в штатном и нештатном режимах.

Рисунок 2 Принципиальная схема размещения точек измерения количества

тепловой энергии и массы (объема) теплоносителя, а также его регистрируемых

параметров на источнике тепловой энергии для водяных систем теплоснабжения

14. Количество тепловой энергии (Q_И), отпущенное источником тепловой энергии по каждому выводу тепловой сети, при условии работы теплосчетчика в штатом режиме, рассчитывается по одной из следующих формул:

а) при использовании расходомеров на подающем трубопроводе по формуле:

Методики расчета

Расчет тепловой нагрузки на отопление можно произвести на примере конкретного помещения. Пусть в данном случае это будет сруб из 25-сантиметрового бурса с чердачным помещение и полом из древесины. Размеры здания: 12×12×3. В стенах имеется 10 окон и пара дверей. Дом расположен в местности, для которой характерны очень низкие температуры зимой (до 30 градусов мороза).

Расчеты можно произвести тремя способами, о которых пойдет речь ниже.

Первый вариант расчета

Согласно существующим нормам СНиП, на 10 квадратных метров нужен 1 кВт мощности. Данный показатель корректируется с учетом климатических коэффициентов:

• южные регионы — 0,7-0,9;
• центральные регионы — 1,2-1,3;
• Дальний Восток и Крайний Север — 1,5-2,0.

Вначале определяем площадь дома: 12×12=144 квадратных метра. В таком случае базовый показатель тепловой нагрузке равен: 144/10=14,4 кВт. Полученный результат умножаем на климатическую поправку (будем использовать коэффициент 1,5): 14,4×1,5=21,6 кВт. Столько мощности нужно, чтобы в доме была комфортная температура.

Второй вариант расчета

Способ, приведенный выше, страдает значительными погрешностями:

1. Не учтена высота потолков, а ведь обогревать нужно не квадратные метры, а объем.
2. Через оконные и дверные проемы теряется больше тепла, чем через стены.
3. Не учтен тип здания — многоквартирное это здание, где за стенами, потолком и полом обогреваемые квартиры содей или это частный дом, где за стенами только холодный воздух.

Корректируем расчет:

1. В качестве базового применим следующий показатель — 40 Вт на кубический метр.
2. Для каждой двери предусмотрим по 200 Вт, а для окон — по 100 Вт.
3. Для квартир в угловых и торцевых частях дома используем коэффициент 1,3. Если речь идет о самом высоком или самом низком этаже многоквартирного здания, используем коэффициент 1,3, а для частного строения — 1,5.
4. Также снова применим климатический коэффициент.

Таблица климатического коэффициента

Производим расчет:

1. Высчитываем объем помещения: 12×12×3=432 квадратных метра.
2. Базовый показатель мощности равняется 432×40=17280 Вт.
3. В доме есть десяток окон и пара дверей. Таким образом: 17280+(10×100)+(2×200)=18680Вт.
4. Если речь идет о частном доме: 18680×1,5=28020 Вт.
5. Учитываем климатический коэффициент: 28020×1,5=42030 Вт.

Итак, исходя из второго вычисления видно, что разница с первым способом расчета практически двукратная. При этом нужно понимать, что подобная мощность нужна только во время самых низких температур. Иными словами, пиковую мощность можно обеспечить дополнительными источниками обогрева, например, резервным обогревателем.

Третий вариант расчета

Есть еще более точный способ подсчета, в котором учитываются теплопотери.

Схема потери тепла в процентах

Формула для расчета такова: Q=DT/R, где:

• Q — потери тепла на квадратный метр ограждающей конструкции;
• DT — дельта между наружной и внутренней температурами;
• R — уровень сопротивления при передаче тепла.

Чтобы упростить подсчеты, примем усредненный коэффициент (1,4) потерь тепла через ограждающие элементы. Осталось определить параметры термического сопротивления из справочной литературы. Ниже приведена таблица для наиболее часто применяемых конструкционных решений:

• стена в 3 кирпича — уровень сопротивления составляет 0,592 на кв. м×С/Вт;
• стена в 2 кирпича — 0,406;
• стена в 1 кирпич — 0,188;
• сруб из 25-сантиметрового бруса — 0,805;
• сруб из 12-сантиметрового бруса — 0,353;
• каркасный материал с утеплением минватой — 0,702;
• пол из древесины — 1,84;
• потолок или чердак — 1,45;
• деревянная двойная дверь — 0,22.

1. Температурная дельта — 50 градусов (20 градусов тепла в помещении и 30 градусов мороза на улице).
2. Потери тепла на квадратный метр пола: 50/1,84 (данные для пола из древесины)=27,17 Вт. Потери по всей площади пола: 27,17×144=3912 Вт.
3. Теплопотери через потолок: (50/1,45)×144=4965 Вт.
4. Рассчитываем площадь четырех стен: (12×3)×4=144 кв. м. Так как стены изготовлены из 25-сантиметрового бруса, R равняется 0,805. Тепловые потери: (50/0,805)×144=8944 Вт.
5. Складываем полученные результаты: 3912+4965+8944=17821. Полученное число — общие теплопотери дома без учета особенностей потерь через окна и двери.
6. Прибавляем 40% вентиляционных потерь: 17821×1,4=24,949. Таким образом, понадобится котел на 25 кВт.

Расчёт тепловых потерь. Этап 2

Переходим на вкладку «Расчёт теплопотерь. Этап 2».

Здесь определяются коэффициенты теплопотерь. В поля ниже мы будем закладывать составы стен, полов и перекрытий, которые указывали в исходных данных. Как это делается?

Подводим курсор в поле Стены наружные и внутренние, нажимаем правую кнопку мыши, выбираем Добавить конструкцию. Откроется диалог Конструкция, в котором в соответствующее поле вводим название конструкции (поскольку теплопотери зависят от направления стены, то и название конструкции даём соответствующее: например, Стена северная).

Жмём Принять.

В поле  «Стены наружные и внутренние» появится название нашей конструкции.

Теперь нужно указать все слои материалов, которые стена имеет. Допустим, стена состоит из следующих слоёв (перечисляются снаружи вовнутрь): сайдинг виниловый, утеплитель минеральная плита толщиной 10 см, кирпичная кладка толщиной 25 мм, гипсокартон толщиной 12 мм.

Разумеется, в вашем случае состав стен может быть каким угодно другим, моя задача только показать на примере расчет тепловой энергии на отопление. Вы указываете свои материалы и их толщину.

Итак, сайдинг виниловый в расчёт не берём, на теплопотери он не влияет. Сразу начинаем с утеплителя. Нажимаем правой кнопкой мыши на название конструкции и в появившемся меню выбираем «Добавить слой».

Откроется диалог «Параметры слоя». Здесь в выпадающем списке выбираем материал «Утеплители» и далее конкретный материал. Утеплителей много, выбираем свой (например, Роквул 35). В строках ниже сразу появляется Удельный вес и Коэффициент теплопроводности, а мы вручную вбиваем толщину (например, 5 см)

Обратите внимание, что толщина здесь указывается в сантиметрах!

Жмём кнопку Принять.

Точно таким же образом добавляем последовательно остальные слои, указывая материалы и их толщину.

Так как в доме, как правило, четыре наружные стены, то добавляем следующую конструкцию: например, Стена южная (западная, восточная…). Напоминаю, что внутренние стены на теплопотери не влияют, их не указываем и не считаем.

И точно так же, как для северной стены, добавляем слои, из которых стена состоит, и указываем толщину каждого слоя.

В результате в поле «Стены наружные и внутренние» отобразится список всех конструкций (стен) и их составы (материалы слоёв).

При необходимости можно отредактировать каждый слой, кликнув на нём правой кнопкой мыши и выбрав «Изменить слой», таким образом, вызвав диалог «Параметры слоя».

Точно так же заполняем поля «Полы по грунту и стены подвалов» и «Перекрытия и покрытия»

Здесь важно учитывать следующее

Если полы в вашем доме в разных помещениях из разного материала (например, в комнатах деревянные, в ванной бетонные), то указывать в поле нужно все варианты (полы 1, полы 2 и т. д.). То же относится и к перекрытиям. Слои пола перечисляются снизу вверх, то есть со стороны грунта к помещению. Слои потолка перечисляются тоже снизу вверх, то есть изнутри помещения во внешнюю сторону.

На этом закончен второй этап расчётов.