Статья подготовлена на основе материалов сборника докладов VI Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» НИУ МГСУ.
Представленный анализ методов создания и поддержания теплового режима помещений в холодный период года не является альтернативой общепринятым и апробированным практикой методикам расчёта, конструирования и эксплуатации систем отопления. Рассмотрены пути повышения энергоэффективности на стадиях проектирования и эксплуатации систем теплообеспечения зданий.
Физический смысл теплового баланса помещений в холодный период года заключается в поддержании расчётной температуры внутреннего воздуха системами отопления.
Тепловой баланс составляется для расчётных условий, при которых возникает наибольший дефицит теплоты ΔQ, показывающий количественную характеристику мощности системы отопления:
где Qогр — потери теплоты через наружные ограждения; Qин — расход теплоты на нагрев инфильтрационного воздуха; Qт-б — технологические или бытовые поступления (расходы) теплоты. Технологические или бытовые поступления (расходы) теплоты Q^ для промышленных зданий в формуле (1) логично определять для периодов технологических циклов с наименьшими тепловыделениями.
При отсутствии в квартирах жильцов (а в общественных зданиях — обслуживающего персонала) какие-либо дополнительные тепловыделения Qт-б отсутствуют, а расчётные температурные параметры воздуха должны поддерживаться именно в этих условиях. Поэтому зависимость (1) для жилых и общественных зданий должна иметь вид:
В сельскохозяйственных зданиях животные, птицы и хранящееся сочное растительное сырье в процессе своей жизнедеятельности выделяют явную теплоту. Рациональный подбор теплофизических характеристик наружных ограждений таких помещений за счёт утилизации явной теплоты позволяет отказаться от искусственно генерируемой теплоты. Поэтому для них Qот = 0.
Потери теплоты через наружные ограждения Qогр при расчёте тепловой мощности систем отопления определяются как сумма потерь через все ограждения следующим образом:
причём расшифровка обозначений в (2) приведена в статье далее.
Не претендуя на полноту освещения всех вопросов по эффективному использованию теплоты, рассмотрим соответствие закономерностей её переноса некоторым современным рекомендациям.
Физический смысл теплового баланса помещений в холодный период года заключается в поддержании расчётной температуры внутреннего воздуха системами отопления. Тепловой баланс составляется для расчётных условий, при которых возникает наибольший дефицит теплоты
Значения коэффициента n, понижающего расчётную разность температуры, приведены в нормах. Термодинамическая основа коэффициента n показывает полноту использования энергетического потенциала теплоносителя системами отопления.
Следует внести в нормативы значения коэффициента n для многоквартирных домов, например: лифтовые холлы домов с наружными пожарными лестницами; для застеклённых лоджий и т.п.
Разность температуры внутреннего tв и наружного tн5 (холодной пятидневки) воздуха определяет максимальную величину переноса теплоты из помещения в атмосферу. Менее изученным является расчёт потерь или поступлений теплоты через внутренние ограждения смежных помещений. В литературе отсутствуют теплофизические или экономические объяснения снижению существующей ранее разности температуры (от 5 до 3 °C). Следствием этого является возникновение расчётных тупиковых ситуаций, например, нестационарный по функциональному назначению температурный режим ванных (tв = 25 °C) и окружающих помещений (tв = 20 °C).
Определение добавок к основным потерям теплоты помещений (ΣΒ, доли) относится до настоящего времени к наименее изученному вопросу:
Принятие существующих добавок на ориентацию по сторонам горизонта βст.г на все стороны, кроме юга и юго-запада, объясняется уменьшением количества получаемой лучистой энергии и более низкой температурой поверхностей вертикальных наружных ограждений. Реально наиболее холодный период суток приходится на ночные часы при отсутствии лучистого теплопритока.
Данные добавки считаются традиционными, однако они противоречат физическим закономерностям определения максимального дефицита теплоты в помещениях. Они не должны учитываться при расчётах мощности систем отопления, то есть Βст.г = 0.
Отсутствие в нормативной и справочной литературе конкретных значений добавок на высоту помещений гражданских зданий Βt вызывает необходимость проведения расчётов температуры воздуха по высоте помещений различного назначения, что снижает точность расчётов дефицита теплоты.
Требуемое сопротивление теплопередаче Roтр равно:
Экономически целесообразный предел снижения потерь теплоты за счёт дополнительного утепления наружных ограждений сводится к нахождению значений минимальных приведённых затрат, то есть к определению оптимального сопротивления теплопередаче Roтр.
С некоторыми упрощениями в конечном виде оптимальное сопротивление теплопередаче равно:
По своей физической сущности величина ГСОП является одной из интегральных характеристик тепловой производительности системы отопления здания за отопительный период. На рис. 1 видно соотношение фигур, когда количественно величина ГСОП (площадь прямоугольника g-h-i-k) равна площади фигуры a-b-c-d-e-f-a, показывающей динамику расхода теплоты за отопительный период.
Температура холодной пятидневки tн5, а не средняя температура отопительного периода tо.п определяет суровость или мягкость холодного периода года. Поэтому полученные на основе tо.п величины ГСОП не могут влиять на нормирование или конструктивное исполнение теплового контура зданий.
Величина ГСОП не может являться основополагающей при нормировании теплотехнических показателей теплового контура зданий. Отсутствует физическая и логическая взаимосвязь процессов переноса теплоты через ограждения с климатическими условиями местности при формировании расчётного дефицита теплоты в помещениях в холодный период года. Этот тезис подтверждает проведённый технико-экономический анализ.
Например, в Сыктывкаре величина Ст примерно в три раза ниже, чем в Красноярске (разница ГСОП ≈ 10 °С-сут/год), в Петропавловске-Камчатском в два раза выше, чем в Нижнем Новгороде (разница ГСОП ≈ 28 °С-сут/год).
Они указывают на значительные допущения при расчётах и считают приемлемыми ошибки до 15 %.
Наиболее сложной при определении величиной в формуле (7) является расход поступающего в помещение наружного воздуха ΣGин.i.
Общий подход к определению поступающего в помещение (инфильтрация) и удаляемого из помещения (эксфильтрация) воздуха заключается в нахождении естественных аэродинамических перепадов давления Δрин.
Наименьший перепад давлений для инфильтрации воздуха возникает в верхней плоскости I помещения, составляя ΔptI = h(ρн — ρв)g при ветровом давлении с заветренной стороны Δpvз = cзvн2ρн/2. Чтобы заветренная стена находилась в зоне устойчивой инфильтрации, необходимо суммарное избыточное давление в плоскости I выше нуля: ΔptI + Δpv3) ≥ 0. На рис. 3 точка Б должна совпасть с точкой Д. Такое перемещение за счёт естественных источников возможно при увеличения гравитационного давления, то есть при установке шахты высотой hш: ΔptII = (h + hш)(ρн — ρв)g. Давление, развиваемое шахтой, равно разрежению на заветренной стороне Δpv3 = hш(ρн — ρв)g. С наветренной стороны общее избыточное давление равно (плоскость II):
Воздушный баланс помещения в холодный период года при инфильтрации (приток через наружные стены с наветренной стороны Gпрн площадью Ан и с заветренной стороны Gпрз площадью А3, вытяжка через шахту Gш) имеет вид: (Gпрн + Gпрз + Gдоп) = Gш, где Gдоп — инфильтрация воздуха через окна, двери и ворота, кг/ч.
где Rи — сопротивление воздухопроницанию конструкции, (м2-ч-Па)/кг.
Средний перепад давлений у наветренной стены: Δрн.ст = Δрvн + Δрvз + 0,5ΔptI; у заветренной стены: Δpз.ст = 0,5ΔptI.
После всех преобразований формулы (8) получаем в развёрнутом виде зависимости по определению количества наружного воздуха, поступающего в помещение при устойчивой инфильтрации через наветренную Gпрн и заветренную Gпр3 стены:
Приведённые исследования показывают, что определение устойчивых характеристик расходов инфильтрующегося воздуха даже для простейшей случая является чрезвычайно сложной задачей.
Рассмотрим существующие методы расчёта количества инфильтрирующегося воздуха в помещения различного функционального назначения.
Жилые и общественные здания. Количество инфильтрационного воздуха в жилых зданиях рекомендуется принимать равным большей из двух величин.
При нормируемом удельном расходе воздуха gуд = 3 м3/ч на 1 м2 площади Апом жилых помещений общий расход составляет величину:
где обозначения с индексом 1 относятся к окнам, балконным дверям и фонарям, с индексом 2 — к наружным дверям и воротам, с индексом 3 — к стыкам стеновых панелей; Δp — перепад давления на соответствующем ограждении.
Первая методика не связана с физическими явлениями тепломассопереноса и аэродинамики. Во второй методике введено столько допущений, что субъективизм при выборе исходных данных неизбежно приведёт к недопустимым для инженерных расчётов расхождениям в конечных результатах.
В настоящее время всё актуальнее становится вопрос уточнения методики расчёта расхода теплоты на подогрев инфильтрационного воздуха в помещениях с герметичными окнами и внутренними входными дверями. Такие жилые помещения возможно эксплуатировать только при наличии систем механической вентиляции с подогревом наружного приточного воздуха. Расход теплоты на подогрев наружного инфильтрационного воздуха при определении расчётной мощности систем отопления рассматриваемых жилых помещений должен отсутствовать. В противном случае этот расход теплоты учитывается дважды.
Данное важное обстоятельство по реальной экономии теплоты в помещениях с герметичными окнами и дверями не отражено и не регламентируется в существующей нормативной и технической литературе и требует дальнейшего конкретного изучения с получением практических рекомендаций.
Промышленные здания. Помещения промышленных зданий всегда оснащены системами создания и поддержания конкретных параметров микроклимата. Режимные карты эксплуатации отопительно-вентиляционного оборудования переменны в течение суток. Всё это создаёт дополнительные трудности в определении перепадов гравитационно-ветрового давления на наружных ограждениях и не позволяют использовать приведённые выше зависимости нахождения расходов инфильтрационного воздуха.
Массовый расход воздуха, инфильтрующегося через щели притворов окон, фонарей дверей и ворот, равен:
где апр — коэффициент, зависящий от конструкции притворов; Gi — расход воздуха, поступающего через 1,0 м щели в зависимости от средней скорости ветра за три наиболее холодных месяца, кг/ч; l — длина щелей притворов, м.
Введение новых показателей по нормированию и расчёту теплофизических и конструктивных показателей теплового контура зданий возможно только после проведения многоплановых научных исследований и практического подтверждения следующих предлагаемых преимуществ: технических; теплофизических; а также экономических
Итак, повышение энергоэффективности систем теплообеспечения зданий
различного функционального назначения при решении вопросов поддержания допустимых параметров микроклимата помещений должно основываться на соблюдении основных физических явлений переноса теплоты и массы.
Введение новых показателей по нормированию и расчёту теплофизических и конструктивных показателей теплового контура зданий возможно только после проведения многоплановых научных исследований и практического подтверждения предлагаемых преимуществ: технических; теплофизических; а также экономических.
Версия для печати
21 Энергетическая эффективность
21.2 Выбор, расчет и разработку тепловых и гидравлических схем котельных следует производить с учетом достижения максимальной энергетической эффективности котельной.
21.3 Общий коэффициент энергетической эффективности системы теплоснабжения η0 вычисляют по формуле (21.1):
η0 = η1ε1η2ε2η3ε3η4ε4
где η1 — расчетный коэффициент полезного действия теплопотребляющего оборудования систем отопления и вентиляции;
ε1 — коэффициент эффективности регулирования потребления теплоты потребителем, равный:
при системах отопления и вентиляции зданий с индивидуальной разводкой, когда количество вырабатываемого тепла соответствует количеству потребляемой теплоты, ε1 = 1,
при общепринятых системах отопления зданий ε1 = 0,9.
η2 — коэффициент полезного действия оборудования, устанавливаемого в тепловых пунктах;
ε2 — коэффициент эффективности регулирования трансформируемого в тепловом пункте тепла и распределения его между различными системами (отопление, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение), равный;
при количественно-качественном регулировании отпуска теплоты ε2 = 0,9,
при использовании элеваторных узлов ε2 = 0,9;
η3 — расчетный коэффициент потерь теплоты в тепловых сетях; определяемый расчетным путем в зависимости от протяженности, диаметра трубопроводов, типа теплоизоляции, способа прокладки;
ε3 — коэффициент эффективности регулирования тепловых и гидравлических режимов в тепловых сетях, равный
при качественном регулировании отпуска теплоты на источнике ε3 = 0,9,
при количественном регулировании отпуска теплоты на источнике ε3 = 0,98;
η4 — коэффициент полезного действия оборудования в котельной, принимаемый по паспортным данным оборудования или режимным испытаниям;
ε4 — коэффициент эффективности регулирования отпуска теплоты в котельной, равный:
при качественном регулировании отпуска теплоты ε4 = 0,9,
при количественно-качественном регулировании отпуска теплоты ε4 = 0,98.
21.4 Расчет потребления энергетических ресурсов и определения энергетической эффективности, в зависимости от условий эксплуатации, режимов отпуска тепловой энергии в определенные временные периоды проводят в соответствии с ГОСТ Р 56777.
21.5 Для достижения максимального значения энергетической эффективности системы теплоснабжения в котельной следует принимать схему количественного регулирования отпуска тепловой энергии при постоянной температуре в подающем трубопроводе и переменном гидравлическом режиме, а в индивидуальном тепловом пункте (ИТП) — схему количественно-качественного регулирования потребления теплоты системами отопления, вентиляции, кондиционирования и горячего водоснабжения. Для обеспечения количественного и количественно-качественного регулирования следует использовать циркуляционные и смесительные насосы с регулируемым электроприводом.
21.6 При определении способа регулирования отпуска тепловой энергии следует исходить из достижения максимального значения энергетической эффективности. Сравнение вариантов следует производить по инвестиционным затратам, действующим в районе строительства тарифам, расчетным эксплуатационным затратам с учетом затрат на сервисное техническое обслуживание.
21.7 В котельной должен быть предусмотрен учет потребления энергоресурсов, в том числе для собственных нужд, учет отпуска тепловой энергии и теплоносителя потребителям.
21.8 К проекту котельной следует прикладывать расчетные технико-экономические показатели котельной по форме, приведенной в приложении И.
21.9 В котельной следует производить пусковую и режимную наладку основного и вспомогательного оборудования с разработкой режимных карт, показатели которых должны периодически проверяться по срокам, установленным надзорными органами.
Библиографическое описание
Зинченко, Д. В. Энергосбережение в центральных тепловых пунктах / Д. В. Зинченко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2023. — № 7 (454). — С. 15-16. — URL: https://moluch.ru/archive/454/100030/ (дата обращения: 30.05.2023).
В статье автор определяет основные энергоэффективные мероприятия для энергосбережения в центральных тепловых пунктах.
Ключевые слова:
ЦТП, энергосбережение, теплоэнергетика.
Энергосбережение в теплоэнергетике — важная тема, которая становится все более актуальной в современном мире. Поскольку стоимость энергии продолжает расти, а спрос на энергию увеличивается, важно найти способы сократить потребление энергии и повысить энергоэффективность. В данной статье я рассмотрю некоторые наиболее эффективные способы энергосбережения в центральных тепловых пунктах и в теплоэнергетике в целом.
Мы можем экономить энергию, используя изоляцию. Она помогает удерживать тепло и энергию внутри здания, уменьшая количество энергии, необходимой для обогрева или охлаждения здания. Правильный выбор теплоизоляции помогает снизить потери энергии, поскольку помогает поддерживать постоянную температуру внутри ЦТП. Она помогает уменьшить количество энергии, теряемой при передаче тепла, что делает теплоэнергетическую систему более эффективной. Изоляция труб также помогает снизить риск коррозии, которая может привести к дорогостоящему повреждению труб и других компонентов теплоэнергетической системы. Кроме того, она может способствовать снижению уровня шума, делая теплоэнергетическую систему более комфортной и безопасной для работы.
Когда дело доходит до выбора правильного типа изоляции для труб, необходимо учитывать несколько факторов. Во-первых, тип материала, используемого для изоляции, следует выбирать в зависимости от температуры и давления в системе. Обычные материалы, используемые для изоляции труб, включают ППУ, стекловолокно и пеноэластомер. Дополнительно утеплитель следует выбирать исходя из диаметра трубы, а также длины трубы.
В дополнение к выбору правильного типа изоляции, также важно убедиться, что изоляция правильно установлена. Неправильный монтаж изоляции труб может привести к потерям энергии и другим проблемам, таким как коррозия и повышенный уровень шума. Кроме того, важно обеспечить надлежащее техническое обслуживание, так как любое повреждение может привести к дальнейшим потерям энергии.
Важно регулярно производить проверку на механические или термические повреждения. Это поможет убедиться, что изоляция находится в хорошем состоянии, а любые проблемы могут быть выявлены и устранены быстро.
В Москве существует налаженная система теплоснабжения промышленных предприятий и жилых районов. Как правило, в цепочке теплоснабжения задействованы теплоэлектроцентрали на которых идет непосредственный первичный подогрев теплоносителя, магистральные трубопроводы, по которым теплоноситель поступает в центральные тепловые пункты для подогрева и регулировки давления и температуры, индивидуальные тепловые пункты, которые расположены непосредственно в подвальных помещениях жилых комплексов/домов.
Их обслуживанием (центральных тепловых пунктов) занимается компания ПАО «МОЭК». ЦТП являются важной частью любой системы отопления и горячего водоснабжения, так как отвечают за распределение тепла по дому.
Для повышения энергоэффективности ЦТП производят их реконструкцию и автоматизацию оборудования, она включает:
– Модернизация частотно-регулируемых приводов на компрессорном и насосном оборудовании;
– Автоматизация всех процессов распределения тепловой энергии на центральном тепловом пункте;
– Диспетчеризация ЦТП;
– Полное обновление всей системы учета тепловой энергии;
– Замена кожухотрубных теплообменников на пластинчатые;
Положительные стороны использования пунктов центрального отопления многочисленны. Во-первых, они отвечают за распределение тепла по дому, обеспечивая тепло и комфорт в доме. Во-вторых, они, как правило, более эффективны, чем другие формы отопления, поскольку они преобразуют энергию из источника топлива, такого как газ или нефть, в тепловую энергию. В-третьих, их, как правило, легче обслуживать, чем другие виды отопления, поскольку они требуют менее частого обслуживания. Наконец, они, как правило, более рентабельны, чем другие формы отопления, поскольку для их работы требуется меньше энергии. Сочетание всех этих факторов делает точки центрального отопления идеальным выбором для любого дома.
Посредником между теплоэлектроцентралью и потребителями тепловой энергии являются теплообменники, набольший интерес представляют пластинчатые типы. Он представляет собой устройство, используемое для передачи тепла между двумя жидкостями, находящимися при разных температурах. Он широко используется на электростанциях, химических заводах и других промышленных объектах, в том числе и на ЦТП. Его использование имеет множество преимуществ, включая повышение эффективности, повышение безопасности и экономию средств.
Пластинчатые теплообменники спроектированы так, чтобы максимизировать теплопередачу между двумя жидкостями, что снижает потребление энергии и повышает эффективность. Они более эффективны, чем теплообменники других типов, поскольку они используют большую площадь поверхности для теплопередачи.
Еще одним преимуществом его использования является повышенная безопасность. Пластинчатые теплообменники предназначены для удержания жидкостей, что предотвращает их контакт друг с другом и возникновение потенциальных опасностей. Кроме того, они спроектированы так, чтобы быть герметичными, что предотвращает любые возможные разливы или загрязнения.
Как правило, такие типы теплообменников обычно более эффективны, чем другие, что приводит к снижению затрат на электроэнергию. Кроме того, они обычно дешевле в установке и обслуживании, что приводит к дополнительной экономии средств.
Пластинчатые теплообменники предлагают множество преимуществ, включая повышенную эффективность, повышенную безопасность и экономию средств. Они являются идеальным выбором для любого промышленного применения, требующего эффективной теплопередачи между двумя жидкостями при разных температурах.
Энергосбережение в энергетике и центральных тепловых пунктах является очень важной частью процесса теплофикации. Обеспечение работоспособности котла, теплоизоляция труб, теплоизоляция радиаторов и правильная настройка термостата — все это важные шаги в обеспечении максимальной энергоэффективности системы отопления и горячего водоснабжения. Кроме того, важно обеспечить регулярную проверку и техническое обслуживание всех компонентов системы, так как это поможет обеспечить наиболее эффективную работу системы. При правильном подходе можно добиться значительной экономии энергопотребления, что поможет сократить расходы и улучшить окружающую среду.
Основные термины (генерируются автоматически): тепловая энергия, теплоэнергетическая система, горячее водоснабжение, идеальный выбор, изоляция труб, множество преимуществ, передача тепла, потеря энергии, правильный тип изоляции, центральное отопление.
Проектирование и тепловой расчет системы отопления — обязательный этап при обустройстве обогрева дома. Основная задача вычислительных мероприятий — определение оптимальных параметров котла и системы радиаторов.
Согласитесь, на первый взгляд может показаться, что проведение теплотехнического расчета под силу только инженеру. Однако не все так сложно. Зная алгоритм действий, получится самостоятельно выполнить необходимые вычисления.
В статье подробно изложен порядок расчета и приведены все нужные формулы. Для лучшего понимания, мы подготовили пример теплового вычисления для частного дома.
Тепловой расчёт отопления
Классический тепловой расчёт отопительной системы являет собой сводный технический документ, который включает в себя обязательные поэтапные стандартные методы вычислений.
Но перед изучением этих подсчётов основных параметров нужно определиться с понятием самой системы отопления.
Фото из
Цель проведения расчетов для отопления
Специфика выполнения расчетов отопления
Учет теплопотерь через проемы
Учет теплоизоляции конструкций
Расход тепла на нагрев поступающего воздуха
Правила подбора котла для отопления
Отопительный контур принудительного типа
Система отопления характеризуется принудительной подачей и непроизвольным отводом тепла в помещении.
Основные задачи расчёта и проектирования системы отопления:
При постройке системы отопления необходимо первоначально произвести сбор разнообразных данных о помещении/здании, где будет использоваться система отопления. После выполнить расчёт тепловых параметров системы, проанализировать результаты арифметических операций.
На основании полученных данных подобирают компоненты системы отопления с последующей закупкой, установкой и вводом в эксплуатацию.
Отопление — это многокомпонентная система обеспечения утверждённого температурного режима в помещении/здании. Являет собой обособленную часть комплекса коммуникаций современного жилищного помещения
Примечательно, что указанная методика теплового расчёта позволяет достаточно точно вычислить большое количество величин, которые конкретно описывают будущую систему отопления.
В результате теплового расчёта в наличии будет следующая информация:
Тепловой расчёт — это не теоретические наброски, а вполне точные и обоснованные итоги, которые рекомендуется использовать на практике при подборе компонентов системы отопления.
Нормы температурных режимов помещений
Перед проведение любых расчётов параметров системы необходимо, как минимум, знать порядок ожидаемых результатов, а также иметь в наличии стандартизированные характеристики некоторых табличных величин, которые необходимо подставлять в формулы или ориентироваться на них.
Выполнив вычисления параметров с такими константами, можно быть уверенным в достоверности искомого динамического или постоянного параметра системы.
Для помещений разнообразного назначения существуют эталонные стандарты температурных режимов жилых и нежилых помещений. Эти нормы закреплены в так называемых ГОСТах
Для системы отопления одним из таких глобальных параметров является температура помещения, которая должна быть постоянной в независимости от периода года и условий окружающей среды.
Согласно регламенту санитарных нормативов и правил есть различия в температуре относительно летнего и зимнего периода года. За температурный режим помещения в летний сезон отвечает система кондиционирования, принцип ее расчета подробно изложен в этой статье.
А вот комнатная температура воздуха в зимний период обеспечивается системой отопления. Поэтому нам интересны диапазоны температур и их допуски отклонений для зимнего сезона.
В большинстве нормативных документов оговариваются следующие диапазоны температур, которые позволяют человеку комфортно находиться в комнате.
Для нежилых помещений офисного типа площадью до 100 м2:
Для помещений офисного типа площадью более 100 м2 температура составляет 21-23°С. Для нежилых помещений промышленного типа диапазоны температур сильно отличаются в зависимости от предназначения помещения и установленных норм охраны труда.
Комфортная температура помещения у каждого человека «своя». Кто-то любит чтобы было очень тепло в комнате, кому-то комфортно когда в комнате прохладно — это всё достаточно индивидуально
Что же касаемо жилых помещений: квартир, частных домов, усадеб и т. д. существуют определённые диапазоны температуры, которые могут корректироваться в зависимости от пожеланий жильцов.
И всё же для конкретных помещений квартиры и дома имеем:
Важно отметить, что есть ещё несколько основных параметров, которые влияют на температуру в помещении и на которые нужно ориентироваться при расчёте системы отопления: влажность (40-60%), концентрация кислорода и углекислого газа в воздухе (250:1), скорость перемещения воздушных масс (0.13-0.25 м/с) и т. п.
Расчёт теплопотерь в доме
Согласно второму началу термодинамики (школьная физика) не существует самопроизвольной передачи энергии от менее нагретых к более нагретым мини- или макрообъектам. Частным случаем этого закона является «стремление» создания температурного равновесия между двумя термодинамическими системами.
Например, первая система — окружающая среда с температурой -20°С, вторая система — здание с внутренней температурой +20°С. Согласно приведённого закона эти две системы будут стремиться уравновеситься посредством обмена энергии. Это будет происходить с помощью тепловых потерь от второй системы и охлаждения в первой.
Однозначно можно сказать, что температура окружающей среды зависит от широты на которой расположен частный дом. А разница температур влияет на количество утечек тепла от здания (+)
Под теплопотерями подразумевают непроизвольный выход тепла (энергии) от некоторого объекта (дома, квартиры). Для обычной квартиры этот процесс не так «заметен» в сравнении с частным домом, поскольку квартира находиться внутри здания и «соседствует» с другими квартирами.
В частном доме через внешние стены, пол, крышу, окна и двери в той или иной степени «уходит» тепло.
Зная величину теплопотерь для самых неблагоприятных погодных условий и характеристику этих условий, можно с высокой точностью вычислить мощность системы отопления.
Итак, объём утечек тепла от здания вычисляется по следующей формуле:
Qi — объём теплопотерь от однородного вида оболочки здания.
Каждая составляющая формулы рассчитывается по формуле:
Саму величину теплового сопротивления для реально существующих материалов рекомендуется брать из вспомогательных таблиц.
Кроме того, тепловое сопротивление можно получить с помощью следующего соотношения:
В старых домах с отсыревшей кровельной конструкцией утечки тепла происходят через верхнюю часть постройки, а именно через крышу и чердак. Проведение мероприятий по утеплению потолка или теплоизоляции мансардной крыши решают эту проблему.
Если утеплить чердачное пространство и крышу, то общие потери тепла от дома можно значительно уменьшить
В доме существуют ещё несколько видов тепловых потерь через щели в конструкциях, систему вентиляции, кухонную вытяжку, открывания окон и дверей. Но учитывать их объём не имеет смысла, поскольку они составляют не более 5% от общего числа основных утечек тепла.
Определение мощности котла
Для поддержки разницы температур между окружающей средой и температурой внутри дома необходима автономная система отопления, которая поддерживает нужную температуру в каждой комнате частного дома.
Базисом системы отопления выступают разные виды котлов: жидко- или твердотопливные, электрические или газовые.
Котел — это центральный узел системы отопления, который генерирует тепло. Основной характеристикой котла есть его мощность, а именно скорость преобразования количество теплоты за единицу времени.
Произведя расчеты тепловой нагрузки на отопление получим требуемую номинальную мощность котла.
Для обычной многокомнатной квартиры мощность котла вычисляется через площадь и удельную мощность:
Но эта формула не учитывает тепловые потери, которых достаточно в частном доме.
Существует иное соотношение, которое учитывает этот параметр:
Расчетную мощность котла необходимо увеличить. Запас необходим, если планируется использование котла для подогрева воды для ванной комнаты и кухни.
В большинстве систем отопления частных домов рекомендуется обязательно использовать расширительный резервуар, в котором будет храниться запас теплоносителя. Каждый частный дом нуждается в горячем водоснабжении
Дабы предусмотреть запас мощности котла в последнюю формулу надо добавить коэффициент запаса К:
К — будет равен 1.25, то есть расчётная мощность котла будет увеличена на 25%.
Таким образом, мощность котла предоставляет возможность поддерживать нормативную температуру воздуха в комнатах здания, а также иметь начальный и дополнительный объём горячей воды в доме.
Особенности подбора радиаторов
Стандартными компонентами обеспечения тепла в помещении являются радиаторы, панели, системы «тёплый» пол, конвекторы и т. д. Самыми распространёнными деталями отопительной системы есть радиаторы.
Тепловой радиатор — это специальная полая конструкция модульного типа из сплава с высокой теплоотдачей. Он изготавливается из стали, алюминия, чугуна, керамика и других сплавов. Принцип действия радиатора отопления сводится к излучению энергии от теплоносителя в пространство помещения через «лепестки».
Алюминиевый и биметаллический радиатор отопления пришёл на смену массивным чугунным батареям. Простота производства, высокая теплоотдача, удачная конструкция и дизайн сделали это изделие популярным и распространённым инструментом излучения тепла в помещении
Существует несколько методик расчёта радиаторов отопления в комнате. Нижеприведённый перечень способов отсортирован в порядке увеличения точности вычислений.
Это максимально точный вариант расчёта количества секций. Естественно, что округление дробных результатов вычислений производится всегда к следующему целому числу.
Гидравлический расчёт водоснабжения
Безусловно, «картина» расчета тепла на отопление не может быть полноценной без вычисления таких характеристик, как объём и скорость теплоносителя. В большинстве случаев теплоносителем выступает обычная вода в жидком или газообразном агрегатном состоянии.
Реальный объём теплоносителя рекомендуется рассчитывать через суммирование всех полостей в системе отопления. При использовании одноконтурного котла — это оптимальный вариант. При применении двухконтурных котлов в системе отопления необходимо учитывать расходы горячей воды для гигиенических и иных бытовых целей
Расчет объема воды, подогреваемой двухконтурным котлом для обеспечения жильцов горячей водой и нагрева теплоносителя, производится путем суммирования внутреннего объема отопительного контура и реальных потребностей пользователей в нагретой воде.
Объём горячей воды в отопительной системе рассчитывается по формуле:
В итоге конечная формула выглядит так:
W = 13.5*P
Скорость теплоносителя — заключительная динамическая оценка системы отопления, которая характеризует скорость циркуляции жидкости в системе.
Эта величина помогает оценить тип и диаметр трубопровода:
Используя вышеизложенные способы гидравлического расчёта, удастся получить реальные параметры, которые являются «фундаментом» будущей системы отопления.
Пример теплового расчёта
В качестве примера теплового расчёта в наличии есть обычный 1-этажный дом с четырьмя жилыми комнатами, кухня, санузел, «зимний сад» и подсобные помещения.
Фундамент из монолитной железобетонной плиты (20 см), наружные стены — бетон (25 см) со штукатуркой, крыша — перекрытия из деревянных балок, кровля — металлочерепица и минеральная вата (10 см)
Обозначим исходные параметры дома, необходимые для проведения расчетов.
Общая ширина постройки 9.5 м2, длинна 16 м2. Отапливаться будут только жилые комнаты (4 шт.), санузел и кухня.
Для точного расчёта теплопотерь на стенах из площади внешних стен нужно вычесть площадь всех окон и дверей — это совсем другой тип материала со своим тепловым сопротивлением
Начинаем с расчёта площадей однородных материалов:
Площадь наружных стен будет равна 51*3-9.22-7.4=136.38 м2.
Переходим к расчёту теплопотерь на каждом материале:
А также Qстена эквивалентно 136.38*40*0.25/0.3=4546. Сумма всех теплопотерь будет составлять 19628.4 Вт.
В итоге подсчитаем мощность котла: Ркотла=Qпотерь*Sотаплив_комнат*К/100=19628.4*(10.4+10.4+13.5+27.9+14.1+7.4)*1.25/100=19628.4*83.7*1.25/100=20536.2=21 кВт.
Расчёт количества секций радиаторов произведём для одной из комнат. Для всех остальных вычисления аналогичны. Например, угловая комната (слева, нижний угол схемы) площадь 10.4 м2.
Для этой комнаты необходимо 9 секций радиатора отопления с теплоотдачей 180 Вт.
Переходим к расчёту количества теплоносителя в системе — W=13.5*P=13.5*21=283.5 л. Значит, скорость теплоносителя будет составлять: V=(0.86*P*μ)/∆T=(0.86*21000*0.9)/20=812.7 л.
В результате полный оборот всего объёма теплоносителя в системе будет эквивалентен 2.87 раза в один час.
Подборка статей по тепловому расчету поможет определиться с точными параметрами элементов отопительной системы:
Выводы и полезное видео по теме
Простой расчёт отопительной системы для частного дома представлен в следующем обзоре:
Все тонкости и общепринятые методики просчёта теплопотерь здания показаны ниже:
Ещё один вариант расчёта утечек тепла в типичном частном доме:
В этом видео рассказывается об особенностях циркуляции носителя энергии для обогрева жилища:
Тепловой расчёт отопительной системы носит индивидуальный характер, его необходимо выполнять грамотно и аккуратно. Чем точнее будут сделаны вычисления, тем меньше переплачивать придется владельцам загородного дома в процессе эксплуатации.
Сделан анализ энергосбережения и эффективного использования ресурсов систем жизнеобеспечения. Предлагаются пути решения проблем связанных с энергосбережением систем жизнеобеспечения.
Ключевые слова:
энергосбережение, энергоэффективность, системы жизнеобеспечения.
В настоящее время тема энергосбережения и энергоэффективности в зданиях обсуждается на высшем уровне. Поднимаются острые вопросы об ограничении использования природных ресурсов и изменениях в климате. Эффективного использования энергоресурсов можно достигнуть с помощью комплексного использования новейших энергосберегающих технологий, мероприятий и внедрения мер организационного характера, направленные на энергосбережение. Постоянный рост цен и тарифов на энергоресурсы сказывается на производственном процессе любой организации. Решение такой проблемы, заключается в экономии энергии и осуществлению способствующих этому мер. Требуется всесторонний подход, который учитывает степень энергетической результативности объекта в зависимости от архитектурно-планировочных решений, компоновки помещения, особенностей природно-климатических влияний и режима работы систем жизнеобеспечения.
Когда мы задумываемся об уюте, первое, что приходит в голову — это тепло и комфортный микроклимат, что вынуждает нас предусматривать не только системы обогрева дома, но и о эффективное использование полученного теплоносителя. Разумеется, теплопотери здания к нулю свести невозможно, но достигнуть существенного уменьшения тепловых потерь можно, используя методы энергосберегающих технологий.
Рассмотрим энергетическое сбережение систем жизнеобеспечения здания.
Системы отопления и ГВС.
Первостепенные меры по энергосбережению:
– Установка балансировочных клапанов
– Регулировка системы отопления
– Промывка трубопроводов и стояков системы отопления
– Установка общедомовых и индивидуальных счетчиков тепла и горячей воды
Второй этап мероприятий:
– Установка индивидуального (автоматизированного) теплового пункта
– Установка теплообменника в систему отопления
– Установка автоматической системы управления отоплением и ГВС
– Замена трубопроводов и арматуры
– Теплоизоляция трубопроводов в подвалах, на чердаках, а также в местах общего пользования
– Установка терморегулирующих клапанов на отопительных приборах
– Установка и модернизация насосов для обеспечения рециркуляции воды в системах ГВС
– Установка тепловых насосов в системы отопления и горячего водоснабжения
– Установка рекуператоров для использования тепла вентиляционных выбросов
– Установка солнечных коллекторов подогрева воды
– Использование наиболее эффективной толщины теплоизоляционного материалы в ограждающих конструкциях
Мероприятия по энергосбережению в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха сводятся к следующему.
Мероприятия по энергосбережению в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, связанные с режимом работы: Периодический режим работы системы отопления:
Такой режим работы, применяют в тех зданиях, в которых допускается снижение температуры внутри помещений в нерабочее время.
В режиме работы системы отопления в течение суток наблюдаются три промежутка времени:
– Главный рабочий режим. В помещении не изменяются заданные ранее параметры температуры и влажности;
– Дежурный режим. Переводится на режим поддержания уменьшенной температуры в помещении, но после главного режима системы отопления.
– Форсированный режим нагрева. В течение этого режима, система отопления переводится на возможно быстрый подогрев помещения, после охлаждения.
В помещениях может наблюдаться и семидневный цикл, когда в выходные дни, в течение 24 часов поддерживается дежурный режим отопления и уменьшенная температура в помещении.
Для поддержания дежурного режима применяется водяное отопление, поддерживающее минимальный уровень температуры. Так как помещение охлаждается, понижается и температура воздуха и температура ограждений. Для нагрева, к началу нового рабочего дня, потребуется дополнительное время и мощность.
Особенно гибким режимом работы является комбинированная система отопления, состоящая из базовой системы водяного отопления и дополнительной системы воздушного отопления. В данном режиме воздушное отопление совмещается с приточной вентиляцией и в режиме форсированного нагрева, полностью рециркулирует воздух.
Функционирование систем периодического отопления регулируется автоматически при помощи программного управления поддержания расчетного режима. При возникновении резкого понижения температуры, устанавливаются датчики допустимой, наименьшей температуры внутри помещения. От датчиков поступает сигнал, и система отопления включается, в дополнительном режиме. Экономия энергии в этом случае увеличивается, в период отрицательной температуры наружного воздуха. Что бы уменьшить продолжительность форсированного нагрева, необходимо увеличить теплоустойчивость ограждений, и наиболее интенсифицировать теплоотдачу к ограждениям.
Приведем примеры дополнительных мероприятий по энергосбережению.
Теплоту рециркуляционного воздуха рекомендуется использовать в производствах, где, допустима рециркуляция воздуха, а также, где температура воздуха в верхней зоне больше 30°, а ее подача не более 15 м. Нагретый воздух поступает из верхней зоны помещения, проходит очистку и направляется, благодаря вентилятору в приточный насадок (цилиндрической или щелевой формы). В данном случае энергосбережение обеспечивается за счет утилизации теплоты удаляемого воздуха.
Процесс тепломассообмена осуществляется двумя путями:
1) Нагретый воздух через воздухораспределительные решетки поступает в помещение и смешивается с внутренним воздухом;
2) Нагретый воздух передвигается по внутренним каналам, окружающих помещение, при этом нагревая стенки помещения, теплота от них передается внутреннему воздуху помещения. Остывший воздух по вытяжным каналам вновь возвращается в калорифер для повторного нагрева или частично выбрасывается в атмосферу, если температура воздуха в помещении высокая. Таким образом, система воздушного отопления может быть как с полной рециркуляцией, так и частичной.
Можно сказать, что системы воздушного отопления являются комбинированными системами отопления и вентиляции. Приоритет систем воздушного отопления: равномерное распределение температуры воздуха в помещении, возможность увлажнения и очищения воздуха, отсутствие отопительных приборов. Недостатки систем воздушного отопления: по сравнению с трубами водяного и парового отопления, немалые размеры поперечных сечений воздуховодов, а также потери теплоты при неполной изоляции воздуховодов.
Чтобы добиться снижения энергетических затрат на нагрев наружного воздуха, возможно применение регенераторов, которые позволяют утилизировать теплоту горячего вытяжного воздуха. При применении воздушного отопления энергосбережение достигается, благодаря автоматизации системы (поддержания более низкой температуры воздуха в нерабочие дни, и быстром нагреве перед рабочим днем).
Рассмотрим энергосбережение ранее представленных мер по энергосбережению, в процентах, в следующей таблице:
В
лияние мероприятий по энергосбережению в
процентах
Невзирая на плановые меры по энергосбережению, причина утечки тепла в доме не одна, и каждая может быть, хотя бы частично устранена. Главные причины теплопотери: проводимость. Учитывая, что дом построен на холодном грунте, то следовательно тепловые потоки уходят в почву-конвекция. Когда включено отопление, то стены и крыша изнутри нагревается, в результате чего тепло перемещается и на наружную поверхность. Благодаря этому наружный воздух остужает и уносит тепло вверх. Два основных фактора воздействующих на потери тепла это теплопроводность стройматериалов и разница температур внутри и снаружи. Безусловно, какая-то часть тепла уносится через вентиляционную систему. Для того чтобы добиться уменьшения теплопотерь, необходимо теплоизолировать стены и окна, подвал и крыши, применить новые теплоизоляционные и энергосберегающие материалы и оборудование. В результате, можно утверждать, чтобы достигнуть энергоэффективности, необходимо шаг за шагом выполнять энергетическое обследование зданий, осуществление всех необходимых энергоэффективных мер.
1. Постановление Правительства Российской Федерации от 27.09.2021 № 1628 «Об утверждении Правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов».
2. СП 50.13330.2012 Свод правил тепловая защита зданий thermal performance of the buildings Актуализированная редакция СНиП 23–02–2003 от 2013–07–01 https://docs.cntd.ru/document/1200095525
3. Энергетическая эффективность строительных систем: монография / А. Д. Жуков, Е. Ю. Боброва, И. В. Бессонов, Е. А. Меднико-ва. — Москва: ИНФРА-М, 2022.
4. СП 60.13330.2020 Свод правил отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха от 2021–07–01, https://docs.cntd.ru/document/573697256?marker=7D20K3
5. СП 426.1325800.2020 Конструкции ограждающие светопрозрачные зданий и сооружений. Правила проектирования от 2021–07–01
6. СП 345.1325800.2017 Здания жилые и общественные. Правила проектирования тепловой защиты от 2018–05–15
7. Система нормативных документов в строительстве свод правил по проектированию и строительству СП 23–101–2004 Взамен СП 23–101–2000 от 1 июня 2004 года
Основные термины (генерируются автоматически): воздушное отопление, система отопления, помещение, энергосбережение, нагретый воздух, наружный воздух, температура воздуха, верхняя зона, кондиционирование воздуха, рециркуляционный воздух.
Upload
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
печать / записка печать
Основным
путём экономии энергии в строительстве
является возведение зданий с эффективным
использованием энергии – это такие
здания, в которых предусмотрены
оптимальные инженерные методы и средства
по эффективному использованию и экономии
энергии.
Главным
показателем системы отопления является
расход тепловой энергии. Поэтому при
проектировании системы следует уделять
особое внимание мероприятиям,
способствующим сокращению теплозатрат
на отопление зданий.
Применяется
в системе циркуляционный насос, он
сокращает расход тепловой энергии.
Существенная
экономия получается за счёт снижения
материалоёмкости, т.е. общей протяжённости
системы.
В
системе отопления используются
терморегуляторы HERZ-TS-90.
Терморегуляторы работают автоматически
и экономят тепловую энергию.
В
проекте применены трубопроводы с малой
толщиной стенок, диаметры приняты
экономически целесообразно, что отвечает
экономическим требованиям системы
отопления.