Расчет тепловой нагрузки: базовая методика определения показателя, укрупненный расчет, сложный метод

Введение

Требования по определению тепловых нагрузок потребителей при разработке схем теплоснабжения отражены в следующих нормативных и законодательных актах:

- Федеральный Закон РФ от 27.07.2010 г. № 190-ФЗ

- постановление Правительства РФ от 22.02.2012 г. № 154;

- приказ Министерства регионального развития РФ от 28.02.2009 г. № 610;

- приказ Министерства энергетики РФ и Министерства регионального развития РФ от 29.12.2012 г. № 565/667;

- СП 124.13330.2012.

Договорные нагрузки, как правило, рассчитываются на основании проектных данных. Проектные нагрузки на отопление, в основном, зависят от расчётных параметров микроклимата помещений, расчётной температуры наружного воздуха в отопительный период (принимаемой равной температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 по 8. СП 131.13330.2012 [8]) и теплоизоляционных характеристик ограждающих конструкций. Проектные нагрузки на ГВС зависят от объёмов потребления горячей воды и её расчётной температуры.

За последние 20-30 лет многие из перечисленных выше параметров и характеристик неоднократно менялись. Менялись методики расчёта тепловых нагрузок, требования по тепловой защите ограждающих конструкций. В частности, в класс энергетической эффективности многоквартирных домов (МКД) определяется, исходя из сравнения (определение величины отклонения) фактических или расчётных (для вновь построенных, реконструированных и прошедших капитальный ремонт МКД) значений показателя удельного годового расхода энергетических ресурсов, отражающего удельный расход энергетических ресурсов на отопление, вентиляцию, ГВС и базовых значений показателя удельного расхода энергетических ресурсов в МКД. При этом фактические (расчётные) значения должны быть приведены к расчётным условиям для сопоставимости с базовыми значениями. Фактические значения показателя удельного годового расхода энергетических ресурсов определяются на основании показаний общедомовых приборов учёта.

Менялся и сам климат, в результате чего, например, для Санкт-Петербурга нормативная расчётная температура наружного воздуха за тридцать, с небольшим, лет повышена с –26 °С до –24 °С, расчётная длительность отопительного периода уменьшилась на 6 дней, а средняя температура отопительного периода увеличилась на 0,5 °С (с –1,8 до –1,3 °С).

Кроме указанных выше факторов, сами потребители тепловой энергии вносят вклад в энергосберегающие мероприятия, например, путём замены в квартирах деревянных окон на более герметичные – пластиковые.

Все эти изменения, в совокупности, способствуют тому, что фактическое теплопотребление и договорные тепловые нагрузки потребителей тепловой энергии отличаются.

Примеры разработанных Схем теплоснабжения ряда крупных населённых пунктов (например, Нижнего Новгорода) показали, что, если в качестве фактической нагрузки принимается договорная нагрузка (нагрузка, установленная в договорах теплоснабжения), это создаёт избыточный запас мощности теплоснабжающих организаций. Значительная доля нагрузки в этом случае оказывается невостребованной, но при этом сохраняются постоянные эксплуатационные расходы, что негативно отражается и на эффективности теплоснабжающих организаций (ТСО) и на потребителе тепловой энергии.

В Стратегии отмечено, что применяемая в настоящее время технология планирования систем теплоснабжения приводит к излишним инвестициям, созданию избыточной тепловой мощности во всех элементах энергосистем и сохранению низкого уровня эффективности всей российской энергетики.

Актуальность поднимаемой в статье темы обусловлена отсутствием в действующих нормативных и законодательных актах методов определения фактических тепловых нагрузок в расчётных элементах территориального деления при расчётных температурах наружного воздуха, проблемами согласования фактических тепловых нагрузок, применяемых для инвестиционного планирования в Схемах теплоснабжения с ТСО, а также последствиями неверного анализа тепловых нагрузок потребителей, установленных в договорах теплоснабжения.

В каких случаях производят расчет тепловой нагрузки

• для оптимизации расходов на отопление;
• для сокращения расчетной тепловой нагрузки;
• в том случае если изменился состав теплопотребляющего оборудования (отопительные приборы, системы вентиляции и т.п.);
• для подтверждения расчетного лимита по потребляемой теплоэнергии;
• в случае проектирования собственной системы отопления или пункта теплоснабжения;
• если есть субабоненты, потребляющие тепловую энергию, для правильного ее распределения;
• В случае подключения к отопительной системе новых зданий, сооружений, производственных комплексов;
• для пересмотра или заключения нового договора с организацией, поставляющей тепловую энергию;
• если организация получила уведомление, в котором требуется уточнить тепловые нагрузки в нежилых помещениях;
• если организация нее имеет возможности установить приборы учета теплоэнергии;
• в случае увеличения потребления теплоэнергии по непонятным причинам.

Расчет тепловой нагрузки нужен в следующих случаях:

• уменьшение расчетных тепловых нагрузок,
• сокращение затрат на отопление,
• согласование изменений состава теплопотребляющего оборудования (изменение количества отопительных приборов, установка или демонтаж системы вентиляции), например, организациям, установившим систему приточной вентиляции или тепловую завесу,
• для доказательства соответствия новой тепловой нагрузки и нового потребления тепловой энергии расчетному лимиту,
• проектирование собственного отопления,
• при проектировании индивидуального пункта теплоснабжения,
• для правильного разделения тепловой нагрузки между субабонентами,
• подключение новых объектов, зданий или комплексов к системе отопления,
• для заключения нового договора с теплоснабжающей организацией.
• для организаций, получивших уведомление о необходимости уточнения тепловых нагрузок нежилых помещений,
• организациям, оплачивающим услуги расчетным методом (не имеющим возможности установить прибор учета),
• после необоснованного увеличения потребления тепла энергоснабжающей или управляющей компанией.

Юридические основания для перерасчета тепловой нагрузки

Право потребителей на расчет тепловых нагрузок закреплено

• в каждом типовом договоре на снабжение тепловой энергией, а также
• в приказе Министерства Регионального Развития РФ от 28.12.2009 № 610 «Об утверждении правил установления и изменения (пересмотра) тепловых нагрузок».

В приказе Министерства Регионального Развития № 610 установлено, что для пересмотра договорных величин необходимо разработать технический отчет с расчетом тепловых нагрузок.

Отчет должен обосновывать изменение или снижение тепловой нагрузки для объекта.

Также, в приказе №610 установлено, что расчет тепловой нагрузки на отопление, вентиляцию и ГВС может быть пересмотрен после внедрения энергосберегающих мероприятий, а именно, после:

• капитального ремонта,
• реконструкции внутренних инженерных сетей, которая способствует снижению потерь через изоляцию и утечки,
• увеличения тепловой защиты здания или объекта,
• внедрения других энергосберегающих мероприятий.

Здесь можно скачать приказ Министерства Регионального Развития РФ от 28.12.2009 № 610 «Об утверждении правил установления и изменения (пересмотра) тепловых нагрузок».

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:

• 22-24°С – оптимальная температура воздуха;
• 1°С – допустимое колебание.

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:

• 20-22°С – жилая, в том числе детская, комната, допуск ±2°С –
• 19-21°С – кухня, туалет, допуск ±2°С;
• 24-26°С – ванная, душевая, бассейн, допуск ±1°С;
• 16-18°С – коридоры, прихожие, лестничные клетки, кладовые, допуск +3°С

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.

Основные характеристики объекта, важные для учета при расчете тепловой нагрузки

Наиболее правильно и грамотно расчетная тепловая нагрузка на отопление будет определена лишь в том случае, когда учтены абсолютно все, даже самые мелкие детали и параметры.

Перечень этот довольно большой и в него можно включить:

• Тип и назначение объектов недвижимости. Жилое либо нежилое здание, квартира или административное строение – все это очень важно для получения достоверных данных теплового расчета.

Также, от типа строения зависит норма нагрузок, которую определяют компании теплопоставщики и, соответственно, расходы на отопление;

• Архитектурная часть. Учитываются габариты всевозможных наружных ограждений (стен, полов, крыши), размеры проемов (балконы, лоджии, двери и окна). Важна этажность здания, наличие подвалов, чердаков и их особенности;
• Температурные требования для каждого из помещений здания. Под этим параметром следует понимать режимы температуры для каждой комнаты жилого дома или зоны административного строения;
• Конструкция и особенности наружных ограждений, в том числе, тип материалов, толщина, наличие утепляющих прослоек;

Физические показатели охлаждения помещения – данные для расчета тепловой нагрузки

• Характер назначения помещения. Как правило, присуще для производственных строений, где для цеха или же участка нужно создать какие-то определенные тепловые условия и режимы;
• Наличие и параметры специальных помещений. Наличие тех же бань, бассейнов и прочих подобных конструкций;
• Степень технического обслуживания – наличие горячего водопровода, типа централизованного отопления, систем вентиляции и кондиционирования;
• Общее количество точек, из которых производится забор горячей воды. Именно на эту характеристику следует обращать особое внимание, ведь чем больше число точек – тем больше будет тепловая нагрузка на всю систему отопления в целом;
• Число людей, проживающих в доме или находящихся на объекте. От этого зависят требования к влажности и температуре – факторы, которые входят в формулу расчета тепловой нагрузки;

Оборудование, которое может повлиять на тепловые нагрузки

• Прочие данные. Для промышленного объекта к таким факторам, например, относится число смен, количество рабочих в одну смену, а также рабочих дней за год.

Что касается частного дома – нужно учесть количество проживающих людей, число санузлов, помещений и т.д.

Расчет нагрузок тепла: что включается в процесс

Непосредственно сам расчет нагрузки на отопление своими руками производится еще на стадии проектирования загородного коттеджа или другого объекта недвижимости – это связано с простотой и отсутствием лишних денежных затрат. При этом учитываются требования различных норм и стандартов, ТКП, СНБ и ГОСТ.

Обязательными к определению в ходе расчета тепловой мощности являются следующие факторы:

• Теплопотери наружных ограждений. Включает в себя желаемые температурные режимы в каждой из комнат;
• Мощность, требуемая для нагрева воды в помещении;
• Количество теплоты, требуемое для подогрева вентиляции воздуха (в том случае, когда требуется принудительная приточная вентиляции);
• Тепло, нужное для подогрева воды в бассейне или же бане;

Гкал/час – единица измерения тепловых нагрузок объектов

• Возможные развития дальнейшего существования обогревательной системы. Подразумевается возможность вывода отопления на мансарду, в подвал, а также всевозможные строения и пристройки;

Теплопотери в стандартном жилом доме

Совет. С «запасом» рассчитывают тепловые нагрузки нужно для того, чтобы исключить возможность лишних финансовых затрат. Особенно актуально для загородного дома, где дополнительное подключение элементов отопления без предварительной проработки и подготовки будет стоить непомерно дорого.

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:

Ркотла=(Sпомещения*Рудельная)/10, где

• Sпомещения– общая площадь отапливаемого помещения;
• Руделльная– удельная мощность относительно климатических условий.

Но эта формула не учитывает тепловые потери, которых достаточно в частном доме.

Существует иное соотношение, которое учитывает этот параметр:

Ркотла=(Qпотерь*S)/100, где

• Ркотла– мощность котла;
• Qпотерь– потери тепла;
• S – отапливаемая площадь.

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:

Ркотла=(Qпотерь*S*К)/100, где

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.

Варианты вычислений:

1. По площади. N=(S*100)/C, где N – количество секций, S – площадь помещения (м2), C – теплоотдача одной секции радиатора (Вт, берётся из тех паспорта или сертификата на изделие), 100 Вт – количество теплового потока, которое необходимо для нагрева 1 м2 (эмпирическая величина). Возникает вопрос: а каким образом учесть высоту потолка комнаты?
2. По объёму. N=(S*H*41)/C, где N, S, C – аналогично. Н – высота помещения, 41 Вт – количество теплового потока, которое необходимо для нагрева 1 м3 (эмпирическая величина).
3. По коэффициентам. N=(100*S*к1*к2*к3*к4*к5*к6*к7)/C, где N, S, C и 100 – аналогично. к1 – учёт количества камер в стеклопакете окна комнаты, к2 – теплоизоляция стен, к3 – соотношение площади окон к площади помещения, к4 – средняя минусовая температура в наиболее холодную неделю зимы, к5 – количество наружных стен комнаты (которые “выходят” на улицу), к6 – тип помещения сверху, к7 – высота потолка.

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:

W=k*P, где

• W – объём носителя тепла;
• P – мощность котла отопления;
• k – коэффициент мощности (количество литров на единицу мощности, равен 13.5, диапазон – 10-15 л).

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:

V=(0.86*P*μ)/∆T, где

• P – мощность котла;
• μ – КПД котла;
• ∆T – разница температур между подаваемой водой и водой обратном контуре.

Используя вышеизложенные способы гидравлического расчёта, удастся получить реальные параметры, которые являются “фундаментом” будущей системы отопления.

Как рассчитать нагрузку?

Показатель тепловой нагрузки определяется несколькими наиболее важными факторами, поэтому при выполнении расчётных мероприятий в обязательном порядке требуется учитывать:

• общую площадь остекления и количество дверей;
• разницу температурных режимов за пределами и внутри строения;
• уровень производительности, режим эксплуатации системы вентиляции;
• толщину конструкций и материалы, задействованные в возведении строения;
• свойства кровельного материала и основные конструктивные особенности крыши;
• величину инсоляции и степень поглощения солнечного тепла внешними поверхностями.

Практикуется применение нескольких способов вычисления тепловой нагрузки, которые заметно различаются не только степенью сложности, но и точностью полученных расчётных результатов. Важно предварительно собрать необходимые для проектирования и расчётных мероприятий сведения, касающиеся схемы установки радиаторов и места вывода ГВС, а также поэтажный план и экспликацию сооружения.

Расчет тепловой нагрузки на отопление

Здравствуйте, уважаемые читатели! Сегодня небольшой пост про расчет количества тепла на отопление по укрупненным показателям. Вообще то нагрузка на отопление принимается по проекту, то есть в договор теплоснабжения вносятся те данные, которые просчитал проектировщик.

Но зачастую таких данных просто нет, особенно если здание небольшое, например гараж, или какое нибудь подсобное помещение. В этом случае нагрузку на отопление в Гкал/ч просчитывают по так называемым укрупненным показателям. Об этом я писал здесь . И уже эта цифра идет в договор как расчетная отопительная нагрузка. Как же считается эта цифра? А считается она по формуле :

α — поправочный коэффициент, который учитывает климатические условия района, он применяется в тех случаях, когда расчетная температура воздуха на улице отличается от -30 °С ;

qо — удельная отопительная характеристика здания приtн.р = -30 °С, ккал/куб.м*С ;

V — объем здания по наружному обмеру, м³ ;

tв — расчетная температура внутри отапливаемого здания, °С ;

tн.р — расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления,°С ;

Kн.р — коэффициент инфильтрации, который обусловлен тепловым и ветровым напором, то есть соотношением тепловых потерь зданием с инфильтрацией и теплопередачей через наружные ограждения при температуре воздуха на улице, которая является расчетной для проектирования отопления

Расчет тепловых нагрузок при максимальном зимнем режиме

Нагрузки отопления

Расчетный (максимальный) расход на отопление здания , Вт,

Нагрузка на отопление 5-этажного пятисекционного дома , Вт

где – удельная отопительная характеристика торцевой секции здания, Вт/(м 3 0 С);

– удельная отопительная характеристика рядовой секции здания, Вт/(м 3 0 С);

Vт – объём торцевой секции,

Vр – объём рядовой секции,

Нагрузка на отопление 9-этажного шестисекционного дома , Вт

где – удельная отопительная характеристика торцевой секции здания, Вт/(м 3 0 С);

– удельная отопительная характеристика рядовой секции здания, Вт/(м 3 0 С);

Vт – объём торцевой секции,

Vр – объём рядовой секции,

Нагрузка на отопление школы , Вт

где – удельная отопительная характеристика школы, Вт/(м 3 0 С);

Нагрузка на отопление детского сада , Вт

где – удельная отопительная характеристика детского сада, Вт/(м 3 0 С);

Суммарная отопительная нагрузка для жилых и общественных зданий , кВт

Вт =12376,835 кВт

Нагрузки вентиляции

Расчетный расход теплоты на вентиляцию для общественных зданий определяется по формуле , Вт

где qв – удельный расход теплоты на вентиляцию (удельная вентиляционная характеристика зданий), Вт/(м 3 • 0 С), то есть расход теплоты на 1 м 3 вентилируемого объёма здания по наружному обмеру при разности температур воздуха внутри вентилируемого помещения и наружного воздуха в 1 о С;

V – наружный объем вентилируемого здания, м 3 ;

tвp – усредненная температура внутреннего воздуха;

tнв – расчетная температура наружного воздуха для систем вентиляции tнв = -25 єС

Определим расход теплоты на вентиляцию для школы , Вт

где – удельный расход теплоты на вентиляцию в школе (удельная вентиляционная характеристика зданий), Вт/(м 3 • 0 С)

V – наружный объем вентилируемого здания, м 3 ;

Определим расход теплоты на вентиляцию для детского сада , Вт

где – удельный расход теплоты на вентиляцию в школе (удельная вентиляционная характеристика зданий), Вт/(м 3 • 0 С)

V – наружный объем вентилируемого здания, м 3 ;

Суммарный расход теплоты на вентиляцию, Вт

Нагрузки горячего водоснабжения

Cредненедельный тепловой поток, Вт, на горячее водоснабжение для жилых и общественных зданий рассчитывается по формуле, Вт

где с – теплоемкость воды, с = 4,187 ;

т – количество единиц измерения (людей);

а – норма расхода горячей воды с температурой tг=55єС, кг (л) на единицу измерения в сутки;

для жилых зданий а = 105 л/сут на человека,

для школы а = 8 л/сут на человека,

для детского комбинатаа = 30 л/сут на человека,

tx – температура холодной водопроводной воды; её принимают в отопительный период 5 о С и в летний период 15 о С;

1,2 – коэффициент, учитывающий остывание горячей воды в абонентских системах.

Cредненедельный тепловой поток , Вт, на горячее водоснабжение для жилых зданий определяется по формуле

Cредненедельный тепловой поток, Вт, на горячее водоснабжение школы и детского сада

Суммарная нагрузка на горячее водоснабжение , Вт

Пересчет тепловых нагрузок на другие режимы

Пересчет тепловых нагрузок на другие режимы: средний для наиболее холодного месяца, средне-отопительный и летний, производится по формуле

Нагрузки отопления

Определим, пользуясь этой зависимостью, среднюю нагрузку отопления, за холодный месяц для жилых зданий, , Вт

где tх.м – средняя температура самого холодного месяца (Приложение 1 [2]);

Определим среднюю нагрузку отопления, за холодный месяц для общественных зданий, Вт

Суммарная нагрузка отопления за холодный месяц для жилых и общественных зданий , Вт

Определим тепловую нагрузку за средне-отопительный период для жилых зданий , Вт

где tо.п – средняя температура отопительного периода (Приложение 1 [2]);

Определим тепловую нагрузку за средне-отопительный период для общественных зданий, Вт

Суммарная нагрузка отопления за средне-отопительный период для жилых и общественных зданий , Вт

Нагрузки вентиляции

Определим среднюю нагрузку вентиляции, за холодный месяц для общественных зданий, Вт

Суммарная средняя нагрузка вентиляции за холодный месяц для общественных зданий , Вт

Определим среднюю нагрузку вентиляции за средне-отопительный период для школы и детского сада, Вт

Суммарная средняя нагрузка вентиляции за средне-отопительный период для общественных зданий , Вт

Нагрузки горячего водоснабжения

В летний период тепловой поток, необходимый для приготовления горячей воды уменьшится и находится по формуле

где КS – коэффициент, учитывающий снижение летнего расхода воды по отношению к зимнему. При отсутствии данных принимается КS = 0,8;

Определим среднюю нагрузку на ГВС, за летний период для жилых зданий, Вт

Определим среднюю нагрузку на ГВС, за летний период для общественных зданий, Вт

Определим нагрузку на ГВС за летний период , кВт

Распределение приборов

Если речь идет о водяном отоплении, максимальная мощность источника тепловой энергии должна равняться сумме мощностей всех источников тепла в здании.

Распределение приборов по помещениям дома зависит от следующих обстоятельств:

1. Площадь помещения, уровень потолка.
2. Положение комнаты в строении. Помещения в торцевой части по углах отличаются повышенными теплопотерями.
3. Расстояние до источника тепла.
4. Оптимальная температура (с точки зрения жильцов). На температуру помещения, помимо прочих факторов, влияет перемещение воздушных потоков внутри жилья.

Строительные нормы и правила (СНиП) рекомендуют такие температурные параметры:

1. Жилые помещения в глубине строения — 20 градусов.
2. Жилые помещения в угловых и торцевых частях здания — 22 градуса.
3. Кухня — 18 градусов. В кухонном помещении температура выше, так как в ней присутствуют дополнительные источники тепла (электрическая плита, холодильник и т.д.).
4. Ванная комната и туалет — 25 градусов.

Схема температуры в случае верхнего розлива

Если в доме обустроено воздушное отопление, объем потока тепла, поступающий в комнату, зависит от пропускной возможности воздушного рукава. Регулируется поток ручной настройкой вентиляционных решеток, а контролируется — термометром.

Дом может обогреваться распределенными источниками тепловой энергии: электро- или газовые конвекторы, теплые полы на электричестве, масляные батареи, ИК-обогреватели, кондиционеры. В этом случае нужные температуры определяются настройкой термостата. В этом случае нужно предусмотреть такую мощность оборудования, которой бы хватало при максимальном уровне тепловых потерь.

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.

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.

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.

Обратите внимание! Порядка 40% тепла уходит в вентиляционную систему.

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.

Расчеты:

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.

Виды тепловых нагрузок

При расчетах учитывают средние сезонные температуры
Тепловые нагрузки носят разный характер. Есть некоторый постоянный уровень теплопотерь, связанный с толщиной стены, конструкцией кровли. Есть временные – при резком снижении температуры, при интенсивной работе вентиляции. Расчет всей тепловой нагрузки учитывает и это.

Постоянные тепловые

Промышленное холодильное оборудование выделяет большое количество тепла
К круглогодичным относят горячее водоснабжение и технологические аппараты. Последние имеет значение для промышленных предприятий: варочные котлы, промышленные холодильники, пропарочные камеры выделяют гигантское количество тепла.

В жилых зданиях нагрузка на горячее водоснабжение становится сравнима с отопительной нагрузкой. Величина эта мало изменяется в течение года, но сильно колеблется в зависимости от времени суток и дня недели. Летом расход ГСВ уменьшается на 30%, так как температура воды в холодном водопроводе выше на 12 градусов, чем зимой. В холодное время года потребление горячей воды растет, особенно в выходные дни.

Сухое тепло

Комфортный режим определяется температурой воздуха и влажностью. Эти параметры рассчитывают, руководствуясь понятиями сухого и скрытого тепла. Сухое – это величина, измеряемая специальным сухим термометром. На нее воздействует:

• остекление и дверные проемы;
• солнце и тепловые нагрузки на зимнее отопление;
• перегородки между комнатами с разной температурой, полы над пустым пространством, потолки под чердаками;
• трещины, щели, зазоры в стенах и дверях;
• воздуховоды вне отапливаемых зон и вентиляция;
• оборудование;
• люди.

Полы на бетонном фундаменте, подземные стены при расчетах не учитываются.

Скрытое тепло

Влажность помещения повышает температуру внутри
Этот параметр определяет влажность воздуха. Источником выступает:

• оборудование – нагревает воздух, снижает влажность;
• люди – источник влажности;
• потоки воздуха, проводящие сквозь трещины и щели в стенах.

Обычно вентиляция не влияет на сухость помещения, однако есть исключения.

Регуляторы тепловых нагрузок

В комплект современных котлов промышленного и бытового назначения входят РТН (регуляторы тепловых нагрузок). Эти устройства (см. фото) предназначаются для поддержки мощности теплоагрегата на определенном уровне и не допускают скачков и провалов во время их работы. 

РТН позволяют экономить на оплате за отопление, поскольку в большинстве случаев существуют определенные лимиты и их нельзя превышать. Особенно это касается промпредприятий. Дело в том, что за превышение лимита тепловых нагрузок следует наложение штрафных санкций. 

Самостоятельно сделать проект и произвести расчеты нагрузки на системы, обеспечивающие отопление, вентиляцию и кондиционирование в здании, довольно сложно, поэтому данный этап работ, как правило, доверяют специалистам. Правда, при желании можно выполнить вычисления самостоятельно. 

Порядок работ для расчета тепловой нагрузки

Для того, чтобы провести перерасчет тепловых нагрузок для эксплуатируемых объектов и зданий, а также для подключения новых объектов к системе отопления, необходимо:

• Собрать исходные данные об объекте.
• Провести энергоаудит объекта.
• Сделать расчет тепловых нагрузок на отопление, ГВС и вентиляцию на основании энергоаудита и полученной исходной информации.
• Составить технический отчёт.
• Согласовать отчет в теплоснабжающей организации.
• Заключить или изменить договор с теплоснабжающей организацией (например, МОЭК).

Энергоаудит объекта

Выезд на объект нужен для того, чтобы

• полностью осмотреть систему отопления и ограждающие конструкции,
• проверить качество изоляции,
• собрать общую информацию об объекте,
• определить типов радиаторов отопления, их количество и местоположение в помещениях,
• сфотографировать расположение всех радиаторов отопления,
• собрать информацию о диаметре, материале и длине труб, стояков и подводок.

По результатам энергоаудита проходит расчет тепловых нагрузок на отопление и ГВС, разрабатывается технический отчёт.

Комплексный расчет тепловой нагрузки

Помимо теоретического решения вопросов, касающихся тепловых нагрузок, при проектировании выполняется ряд практических мероприятий. В состав комплексных теплотехнических обследований входит термографирование всех конструкций здания, включая перекрытия, стены, двери, окна. Благодаря данной работе удается определить и зафиксировать различные факторы, оказывающие влияния на потери тепла дома или промышленной постройки. 

Тепловизионная диагностика наглядно показывает, каким будет реальный перепад температур при прохождении конкретного количества теплоты через один «квадрат» площади ограждающих конструкций. Также термографирование помогает определить  расход тепла при определенных температурных условиях. Благодаря теплотехническим обследованиям получают самые достоверные данные, касающиеся тепловых нагрузок и потерь тепла для конкретного здания в течение определенного временного периода. Практические мероприятия позволяют наглядно продемонстрировать то, что теоретические расчеты не могут показать – проблемные места будущего сооружения. 
Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что расчеты тепловых нагрузок на ГВС, отопление и вентиляцию, аналогично гидравлическому расчету системы отопления, очень важны и их непременно следует выполнить до начала обустройства системы теплоснабжения в собственном доме или на объекте другого назначения. Когда подход к работе выполнен грамотно, безотказное функционирование отопительной конструкции будет обеспечено, причем без лишних затрат.
Видео пример расчета тепловой нагрузки на систему отопления здания:

Определение тепловых нагрузок на отопление. Расчет тепловой нагрузки на отопление здания снип

На начальном этапе обустройства системы теплоснабжения любого из объектов недвижимости выполняется проектирование отопительной конструкции и соответствующие вычисления.

Обязательно следует произвести расчет тепловых нагрузок, чтобы узнать объемы потребления топлива и тепла, необходимые для обогрева здания.

Эти данные требуются, чтобы определиться с покупкой современного отопительного оборудования.

Тепловые нагрузки систем теплоснабжения

Понятие тепловая нагрузка определяет количество теплоты, которое отдают приборы обогрева, смонтированные в жилом доме или на объекте другого назначения.

До того, как установить оборудование, данный расчет выполняют, чтобы избежать излишних финансовых расходов и других проблем, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации отопительной системы.

Зная основные рабочие параметры конструкции теплоснабжения можно организовать эффективное функционирование обогревательных приборов. Расчет способствует реализации задач, стоящих перед отопительной системой, и соответствие ее элементов нормам и требованиям, прописанным в СНиПе.

Когда вычисляется тепловая нагрузка на отопление, даже малейшая ошибка может привести к большим проблемам, поскольку на основании полученных данных в местном отделении ЖКХ утверждают лимиты и другие расходные параметры, которые станут основанием для определения стоимости услуг.

Общая величина тепловой нагрузки на современную отопительную систему включает в себя несколько основных параметров:

• нагрузку на конструкцию теплоснабжения;
• нагрузку на систему обогрева пола, если она планируется к установке в доме;
• нагрузку на систему естественной и/или принудительной вентиляции;
• нагрузку на систему горячего водоснабжения;
• нагрузку, связанную с различными технологическими нуждами.

Характеристики объекта для расчета тепловых нагрузок

Правильно расчетная тепловая нагрузка на отопление может быть определена при условии, что в процессе вычислений будут учтены абсолютно все, даже малейшие нюансы.

Перечень деталей и параметров довольно обширен:

• назначение и тип объекта недвижимости

Важность параметра

С помощью показателя тепловой нагрузки можно узнать количество теплоэнергии, необходимой для обогрева конкретного помещения, а также здания в целом. Основной переменной здесь является мощность всего отопительного оборудования, которое планируется использовать в системе. Кроме этого, требуется учитывать потери тепла домом.

Идеальной представляется ситуация, в которой мощность отопительного контура позволяет не только устранить все потери теплоэнергии здания, но и обеспечить комфортные условия проживания. Чтобы правильно рассчитать удельную тепловую нагрузку, требуется учесть все факторы, оказывающие влияние на этот параметр:

Характеристики каждого элемента конструкции строения. Система вентиляции существенно влияет на потери теплоэнергии.

• Размеры здания. Необходимо учитывать как объем всех помещений, так и площадь окон конструкций и наружных стен.
• Климатическая зона. Показатель максимальной часовой нагрузки зависит от температурных колебаний окружающего воздуха.

Оптимальный режим работы системы обогрева может быть составлен только с учетом этих факторов. Единицей измерения показателя может быть Гкал/час или кВт/час.

Выбор метода

Перед началом проведения расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно определиться с рекомендуемыми температурными режимами для жилого строения. Для этого придется обратиться к нормам СанПиН 2.1.2.2645−10. Исходя из данных, указанных в этом нормативном документе, необходимо обеспечить оптимальные температурные режимы работы системы обогрева для каждого помещения.

Используемые сегодня способы выполнения расчетов часовой нагрузки на отопительную систему позволяют получать результаты различной степени точности. В некоторых ситуациях требуется провести сложные вычисления, чтобы минимизировать погрешность.

Если же при проектировании системы отопления оптимизация расходов на энергоноситель не является приоритетной задачей, допускается использование менее точных методик.

Метод коэффициента спроса

Метод коэффициента спроса наиболее прост, широко распространен, с него начался расчет нагрузок. Он заключается в использовании выражения (2.20): по известной (задаваемой) величине Ру и табличным значениям, приводимым в справочной литературе (примеры см. в табл. 2.1):

Величина Кс принимается одинаковой для электроприемников одной группы (работающих в одном режиме) независимо от числа и мощности отдельных приемников. Физический смысл — это доля суммы номинальных мощностей электроприемников, статистическиотражающая максимальный практически ожидаемый и встречающийся режим одновременной работы и загрузки некоторого неопределенного сочетания (реализации) установленных приемников.

Приводимые справочные данные по Кс и Кп соответствуют максимальному значению, а не математическому ожиданию. Суммирование максимальных значений, а не средних неизбежно завышает нагрузку. Если рассматривать любую группу ЭП современного электрического хозяйства (а не 1930— 1960х гг.), то становится очевидной условность понятия «однородная группа». Различия в значении коэффициента — 1:10 (до 1:100 и выше) — неизбежны и объясняются ценологически ми свойствами электрического хозяйства.

В табл. 2.2 приведены значения ЛГС, характеризующие насосы как группу. При углублении исследований KQ4 например только для насосов сырой воды, также может быть разброс 1:10.

Правильнее учиться оценивать Кс в целом по потребителю (участку, отделению, цеху). Полезно выполнять анализ расчетных и действительных величин для всех близких по технологии объектов одного и того же уровня системы электроснабжения, аналогичной табл. 1.2 и 1.3. Это позволит создать личный информационный банк и обеспечить точность расчетов. Метод удельного расхода электроэнергии применим для участков (установок) 2УР (второый, третий… Уровень Энергосистемы), отделений ЗУР и цехов 4УР, где технологическая продукция однородная и количественно меняется мало (увеличение выпуска снижает, как правило, удельные расходы электроэнергии Ауй).

Метод удельных плотностей нагрузок

Метод удельных плотностей нагрузок близок к предыдущему. Задается удельная мощность (плотность нагрузки) у и определяется площадь здания сооружения или участка, отделения, цеха (например, для машиностроительных и металлообрабатывающих цехов у = 0,12…0,25 кВт/м2; для кислородноконвертерных цехов у = = 0,16…0,32 кВт/м2). Нагрузка, превышающая 0,4 кВт/м2, возможна для некоторых участков, в частности, для тех, где имеются единичные электроприемники единичной мощности 1,0…30,0 МВт.

Метод технологического графика

Метод технологического графика опирается на график работы агрегата, линии или группы машин. Например, график работы дуговой сталеплавильной печи конкретизируется: указывается время расплавления (27…50 мин), время окисления (20…80 мин), число плавок, технологическая увязка с работой других сталеплавильных агрегатов. График позволяет определить общий расход электроэнергии за плавку, среднюю за цикл (с учетом времени до начала следующей плавки), и максимальную нагрузку для расчета питающей сети.

Метод упорядоченных диаграмм

Метод упорядоченных диаграмм, директивно применявшийся в 1960 — 1970е гг. для всех уровней системы электроснабжения и навсех стадиях проектирования, в 1980— 1990е гг. трансформировался в расчет нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности. При наличии данных о числе электроприемников, их мощности, режимах работы его рекомендуют применять для расчета элементов системы электроснабжения 2УР, ЗУР (провод, кабель, шинопровод, низковольтная аппаратура), питающих силовую нагрузку напряжением до 1 кВ (упрощенно для эффективного числа приемников всего цеха, т.е. для сети напряжением 6 — 10 кВ 4УР). Различие метода упорядоченных диаграмм и расчета по коэффициенту расчетной активной мощности заключается в замене коэффициента максимума ,всегда понимаемого однозначно как отношение Рмах/Рср (2.16), коэффициентом расчетной активной мощности Ар. Порядок расчета для элемента узла следующий:

• составляется перечень (число) силовых электроприемников с указанием их номинальной PHOMi (установленной) мощности;

• определяется рабочая смена с наибольшим потреблением электроэнергии и согласовываются (с технологами и энергосистемой) характерные сутки;

• описываются особенности технологического процесса, влияющие на электропотребление, выделяются электроприемники с высокой неравномерностью нагрузки (они считаются подругому — по максимуму эффективной нагрузки);

• исключаются из расчета (перечня) электроприемники: а) малой мощности; б) резервные по условиям расчета электрических нагрузок; в) включаемые эпизодически;

• определяются группы т электроприемников, имеющих одинаковый тип (режим) работы;

• из этих групп выделяютсяуе подгруппы , имеющие одинаковую величину индивидуального коэффициента использования а:и/;

• выделяются электроприемники одинакового режима работы и определяется их средняя мощность;

• вычисляется средняя реактивная нагрузка;

• находится групповой коэффициент использования Кн активноймощности;

• рассчитывается эффективное число электроприемников в груп пе из п электроприемников:

где эффективное (приведенное) число электроприемников — это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Р, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы.

При числе электроприемнйков в группе четыре и более допускается принимать пэ равным п (действительному числу электроприемников) при условии, что отношение номинальной мощности наибольшего электроприемника Pmutm к номинальной мощности меньшего электроприемника Дом mm меньше трех. При определении значения п допускается исключать мелкие электроприемники, суммарная мощность которых не превышает 5 % от номинальной мощности всей группы;

• по справочным данным и постоянной времени нагрева Т0 принимается величина расчетного коэффициента Кр;

• определяется расчетный максимум нагрузки:

Электрические нагрузки отдельных узлов системы электроснабжения в сетях напряжением выше 1 кВ (находящиеся на 4УР, 5УР) рекомендовалось определять аналогично с включением потерь в трансформаторах.

Результаты расчетов сводят в таблицу. Этим исчерпывается расчет нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности.

Расчетная максимальная нагрузка группы электроприемников Ртах может быть найдена упрощенно:

где Рном — групповая номинальная мощность (сумма номинальных мощностей, за исключением резервных по расчету электрических нагрузок); Рср.см ~ средняя активная мощность за наиболее загруженную смену.

Расчет по формуле (2.32) громоздок, труден для понимания и применения, а главное, он нередко дает двукратную (и более) ошибку. Негауссову случайность, неопределенность и неполноту исходной информации метод преодолевает допущениями: электроприемники одного названия имеют одинаковые коэффициенты, исключаются резервные двигатели по условиям электрических нагрузок, коэффициент использования считается независимым от числа электроприемников в группе, выделяются электроприемники с практически постоянным графиком нагрузки, исключаются из расчета наименьшие по мощности электроприемники. Метод не дифференцирован для различных уровней системы электроснабжения и для различных стадий выполнения (согласования) проекта. Расчетный коэффициент максимума Ктах активной мощности принимается стремящимся к единице при увеличении числа электроприемников (фактически это не так — статистика этого не подтверждает. Для отделения, где двигателей 300… 1000 шт., и цеха, где их до 6000 шт., коэффициент может составлять 1,2… 1,4). Внедрение рыночных отношений, ведущих к автоматизации, разнообразию выпуска продукции, перемещает электроприемники из группы в группу.

Статистическое определение ЯСр.см для действующих предприятий осложняется трудностью выбора наиболее загруженной смены (перенос начала работы разных категорий работников в пределах смены, четырехсменная работа и др.). Проявляется неопределенность при измерениях (наложение на административнотерриториальную структуру). Ограничения со стороны энергосистемы ведут к режимам, когда максимум нагрузки Ртгх встречается в одной смене, в то время как расход электроэнергии больше в другой смене. При определении Рр нужно отказаться от Рср.см исключив промежуточные расчеты.

Подробное рассмотрение недостатков метода вызвано необходимостью показать, что расчет электрических нагрузок, опирающийся на классические представления об электрической цепи и графиках нагрузки, теоретически не может обеспечить достаточную точность.

Статистические методы расчета электрических нагрузок устойчиво отстаиваются рядом специалистов. Методом учитывается, что даже для одной группы механизмов, работающих на данном участке производства, коэффициенты и показатели меняются в широких пределах. Например, коэффициент включения для неавтоматических однотипных металлорежущих станков меняется от 0,03 до 0,95, загрузки A3 — от 0,05 до 0,85.

Задача нахождения максимума функции Рр на некотором интервале времени осложняется тем, что от 2УР, ЗУР, 4УР питаются электроприемники и потребители с различным режимом работы. Статистический метод основывается на измерении нагрузок линий, питающих характерные группы электроприемников, без обращения к режиму работы отдельных электроприемников и числовым характеристикам индивидуальных графиков.

{xtypo_quote}Метод использует две интегральные характеристики: генеральную среднюю нагрузку PQp и генеральное среднее квадратичное отклонение , где дисперсия DP берется для того же интервала осреднения. {/xtypo_quote}

Максимум нагрузки определяется следующим образом:

Значение р принимается различным. В теории вероятности часто используется правило трех сигм: Ртах = Рср ± За, что при нормальном распределении соответствует предельной вероятности 0,9973. Вероятности превышения нагрузки на 0,5 % соответствует р = 2,5; для р = 1,65 обеспечивается 5%я вероятность ошибки.

Статистический метод является надежным методом изучения нагрузок действующего промышленного предприятия, обеспечивающим относительно верное значение заявляемого промышленным предприятием максимума нагрузки Pi(miiX) в часы прохождения максимума в энергосистеме. При этом приходится допускать гауссово распределение работы электроприемников (потребителей).

Метод вероятностного моделирования графиков нагрузки предполагает непосредственное изучение вероятностного характера последовательных случайных изменений суммарной нагрузки групп электроприемников во времени и основан на теории случайных процессов, с помощью которой получают автокорреляционную (формула (2.10)), взаимно корреляционную функции и другие параметры. Исследования графиков работы электроприемников большой единичной мощности, графиков работы цехов и предприятий обусловливают перспективность метода управления режимами электропотребления и выравнивания графиков.

Простые способы

Любая методика расчета тепловой нагрузки позволяет подобрать оптимальные параметры системы обогрева. Также этот показатель помогает определиться с необходимостью проведения работ по улучшению теплоизоляции строения. Сегодня применяются две довольно простые методики расчета тепловой нагрузки.

В зависимости от площади

Если в строении все помещения имеют стандартные размеры и обладают хорошей теплоизоляцией, можно воспользоваться методом расчета необходимой мощности отопительного оборудования в зависимости от площади. В этом случае на каждые 10 м2 помещения должен производиться 1 кВт тепловой энергии. Затем полученный результат необходимо умножить на поправочный коэффициент климатической зоны.

Это самый простой способ расчета, но он имеет один серьезный недостаток — погрешность очень высока. Во время проведения вычислений учитывается лишь климатический регион. Однако на эффективность работы системы обогрева влияет много факторов. Таким образом, использовать эту методику на практике не рекомендуется.

Укрупненные вычисления

Применяя методику расчета тепла по укрупненным показателям, погрешность вычислений окажется меньшей. Этот способ сначала часто применялся для определения теплонагрузки в ситуации, когда точные параметры строения были неизвестны. Для определения параметра применяется расчетная формула:

Qот = q0*a*Vн*(tвн — tнро),

где q0 — удельная тепловая характеристика строения;

a — поправочный коэффициент;

Vн — наружный объем строения;

tвн, tнро — значения температуры внутри дома и на улице.

В качестве примера расчета тепловых нагрузок по укрупненным показателям можно выполнить вычисления максимального показателя для отопительной системы здания по наружным стенам 490 м2. Строение двухэтажное с общей площадью в 170 м2 расположено в Санкт-Петербурге.

Сначала необходимо с помощью нормативного документа установить все нужные для расчета вводные данные:

• Тепловая характеристика здания — 0,49 Вт/м³*С.
• Уточняющий коэффициент — 1.
• Оптимальный температурный показатель внутри здания — 22 градуса.
  

Предположив, что минимальная температура в зимний период составит -15 градусов, можно все известные величины подставить в формулу — Q =0.49*1*490 (22+15)= 8,883 кВт. Используя самую простую методику расчета базового показателя тепловой нагрузки, результат оказался бы более высоким — Q =17*1=17 кВт/час. При этом укрупненный метод расчета показателя нагрузки учитывает значительно больше факторов:

• Оптимальные температурные параметры в помещениях.
• Общую площадь строения.
• Температуру воздуха на улице.

Также эта методика позволяет с минимальной погрешностью рассчитать мощность каждого радиатора, установленного в отдельно взятом помещении. Единственным ее недостатком является отсутствие возможности рассчитать теплопотери здания.

Сложная методика

Так как даже при укрупненном расчете погрешность оказывается довольно высокой, приходится использовать более сложный метод определения параметра нагрузки на отопительную систему. Чтобы результаты оказались максимально точными, необходимо учитывать характеристики дома. Среди них важнейшей является сопротивление теплопередачи ® материалов, использовавшихся для изготовления каждого элемента здания — пол, стены, а также потолок.

Эта величина находится в обратной зависимости с теплопроводностью (λ), показывающей способность материалов переносить теплоэнергию. Вполне очевидно, что чем выше теплопроводность, тем активнее дом будет терять теплоэнергию. Так как эта толщина материалов (d) в теплопроводности не учитывается, то предварительно нужно вычислить сопротивление теплопередачи, воспользовавшись простой формулой — R=d/λ.

Рассматриваемая методика состоит из двух этапов. Сначала рассчитываются теплопотери по оконным проемам и наружным стенам, а затем — по вентиляции. В качестве примера можно взять следующие характеристики строения:

• Площадь и толщина стен — 290 м² и 0,4 м.
• В строении находятся окна (двойной стеклопакет с аргоном) — 45 м² (R =0,76 м²*С/Вт).
• Стены изготовлены из полнотелого кирпича — λ=0,56.
• Здание было утеплено пенополистиролом — d =110 мм, λ=0,036.
  

Исходя из вводных данных, можно определить показатель сопротивления телепередачи стен — R=0.4/0.56= 0,71 м²*С/Вт. Затем определяется аналогичный показатель утеплителя — R=0,11/0,036= 3,05 м²*С/Вт. Эти данные позволяют определить следующий показатель — R общ =0,71+3,05= 3,76 м²*С/Вт.

Фактические теплопотери стен составят — (1/3,76)*245+(1/0.76)*45= 125,15 Вт. Параметры температур остались без изменений в сравнении с укрупненным расчетом. Очередные вычисления проводятся в соответствии с формулой — 125,15*(22+15)= 4,63 кВт/час.

На втором этапе рассчитываются теплопотери вентиляционной системы. Известно, что объем дома равен 490 м³, а плотность воздуха составляет 1,24 кг/м³. Это позволяет узнать его массу — 608 кг. На протяжении суток в помещении воздух обновляется в среднем 5 раз. После этого можно выполнить расчет теплопотерь вентиляционной системы — (490*45*5)/24= 4593 кДж, что соответствует 1,27 кВт/час. Остается определить общие тепловые потери строения, сложив имеющиеся результаты, — 4,63+1,27=5,9 кВт/час.

Сбор исходный данных об объекте тепловой нагрузки

Какие данные необходимо собрать или получить:

1. Договор (его копия) на теплоснабжение со всеми приложениями.
2. Справка оформленная на фирменном бланке о фактической численности сотрудников (в случае производственного зданий) или жителей (в случае жилого дома).
3. План БТИ (копия).
4. Данные по системе отопления: однотрубная или двухтрубная.
5. Верхний или нижний розлив теплоносителя.

Все эти данные обязательны, т.к. на их основе будет производиться расчет тепловой нагрузки, так же вся информация попадет в итоговый отчет. Исходные данные, кроме того, помогут определиться со сроками и объемами работа. Стоимость же расчета всегда индивидуальна и может зависеть от таких факторов как:

• площадь отапливаемых помещений;
• тип системы отопления;
• наличия горячего водоснабжения и вентиляции.

Энергетическое обследование здания

Энергоаудит подразумевает выезд специалистов непосредственно на объект. Это необходимо для того, чтобы провести полный осмотр системы отопления, проверить качество ее изоляции. Так же во время выезда собираются недостающие данные об объекте, которые невозможно получить кроме как по средствам визуального осмотра. Определяются типы используемых радиаторов отопления, их месторасположение и количество. Рисуется схема и прикладываются фотографии. Обязательно осматриваются подводящие трубы, измеряется их диаметр, определяется материал, из которого они изготовлены, как эти трубы подведены, где расположены стояки и т.п.

В результат такого энергетического обследования (энергоаудита) заказчик получит на руки подробный технический отчет и на основании этого отчета уже и будет проихводиться расчет тепловых нагрузок на отопление здания.

Технический отчет

Технический отчет по расчету тепловой нагрузки должен состоять из следующих разделов:

1. Исходные данные об объекте.
2. Схема расположения радиаторов отопления.
3. Точки вывода ГВС.
4. Сам расчет.
5. Заключение по результатам энергоаудита, которое должно включать сравнительную таблицу максимальных текущих тепловых нагрузок и договорных.
6. Приложения.
   1. Свидетельство членства в СРО энергоаудитора.
   2. Поэтажный план здания.
   3. Экспликация.
   4. Все приложения к договору по энергоснабжению.

После составления, технический отчет обязательно должен быть согласован с теплоснабжающей организацией, после чего вносятся изменения в текущий договор или заключается новый.

Для примера – проект одноэтажного дома 100 м²

Чтобы доходчиво пояснить все способы определения количества тепловой энергии, предлагаем взять в качестве примера одноэтажный дом общей площадью 100 квадратов (по наружному обмеру), показанный на чертеже. Перечислим технические характеристики здания:

• регион постройки – полоса умеренного климата (Минск, Москва);
• толщина внешних ограждений – 38 см, материал – силикатный кирпич;
• наружное утепление стен – пенопласт толщиной 100 мм, плотность – 25 кг/м³;
• полы – бетонные на грунте, подвал отсутствует;
• перекрытие – ж/б плиты, утепленные со стороны холодного чердака пенопластом 10 см;
• окна – стандартные металлопластиковые на 2 стекла, размер – 1500 х 1570 мм (h);
• входная дверь – металлическая 100 х 200 см, изнутри утеплена экструдированным пенополистиролом 20 мм.

В коттедже устроены межкомнатные перегородки в полкирпича (12 см), котельная располагается в отдельно стоящей постройке. Площади комнат обозначены на чертеже, высоту потолков будем принимать в зависимости от поясняемой расчетной методики – 2.8 либо 3 м.

Считаем расход теплоты по квадратуре

Для приблизительной прикидки отопительной нагрузки обычно используется простейший тепловой расчет: берется площадь здания по наружному обмеру и умножается на 100 Вт. Соответственно, потребление тепла дачным домиком 100 м² составит 10000 Вт или 10 кВт. Результат позволяет подобрать котел с коэффициентом запаса 1.2—1.3, в данном случае мощность агрегата принимается равной 12.5 кВт.

Мы предлагаем выполнить более точные вычисления, учитывающие расположение комнат, количество окон и регион застройки. Итак, при высоте потолков до 3 м рекомендуется использовать следующую формулу:

Расчет ведется для каждого помещения отдельно, затем результаты суммируются и умножаются на региональный коэффициент. Расшифровка обозначений формулы:

• Q – искомая величина нагрузки, Вт;
• Sпом – квадратура комнаты, м²;
• q – показатель удельной тепловой характеристики, отнесенный к площади помещения, Вт/м²;
• k – коэффициент, учитывающий климат в районе проживания.

Для справки. Если частный дом расположен в полосе умеренного климата, коэффициент k принимается равным единице. В южных регионах k = 0.7, в северных применяются значения 1.5—2.

В приближенном подсчете по общей квадратуре показатель q = 100 Вт/м². Подобный подход не учитывает расположение комнат и разное количество световых проемов. Коридор, находящийся внутри коттеджа, потеряет гораздо меньше тепла, чем угловая спальня с окнами той же площади. Мы предлагаем принимать величину удельной тепловой характеристики q следующим образом:

• для помещений с одной наружной стеной и окном (или дверью) q = 100 Вт/м²;
• угловые комнаты с одним световым проемом – 120 Вт/м²;
• то же, с двумя окнами – 130 Вт/м².

Как правильно подбирать значение q, наглядно показано на плане здания. Для нашего примера расчет выглядит так:

Q = (15.75 х 130 + 21 х 120 + 5 х 100 + 7 х 100 + 6 х 100 + 15.75 х 130 + 21 х 120) х 1 = 10935 Вт ≈ 11 кВт.

Как видите, уточненные вычисления дали другой результат – по факту на отопление конкретного домика 100 м² израсходуется на 1 кВт тепловой энергии больше. Цифра учитывает расход теплоты на подогрев наружного воздуха, проникающего в жилище сквозь проемы и стены (инфильтрацию).

Расчёт тепла на отопление помещения

При обустройстве здания отопительной системой нужно брать во внимание массу моментов, начиная от качества расходных материалов и функционального оборудования и заканчивая вычислениями необходимой мощности узла.

Так, например, понадобится сделать расчет тепловой нагрузки на отопление здания, калькулятор для которого будет очень кстати. Он проводится по нескольким методикам, где учитывают огромное количество нюансов.

Усредненные показатели как основа вычисления тепловой нагрузки

Чтобы правильно выполнить расчет отопления помещения по объему теплоносителя, надо определить следующие данные:

• величина требуемого количество топлива;
• производительность обогревательного узла;
• эффективность уставленного типа топливных ресурсов.

С целью исключения громоздких вычислительных формул, специалисты жилищно-коммунальных предприятий разработали уникальную методику и программу, с помощью которой можно буквально за считанные минуты выполнить расчет тепловой нагрузки на отопление и прочих данных, необходимых при проектировке обогревательного блока. Более того, с помощью этой методики можно правильно определить кубатуру теплоносителя для обогрева того или иного помещения, вне зависимости от вида топливных ресурсов.

Основы и особенности методики

К методике подобного рода, которую возможно использовать, применяя калькулятор расчета теплоэнергии на отопление здания, очень часто прибегают сотрудники кадастровых фирм для определения экономико-технологической эффективности всевозможных программ, направленных на энергосбережение. Кроме этого, с помощью подобных расчетно-вычислительных методик осуществляется внедрение в проекты нового функционального оборудования и запуск энергоэффектвных процессов.

Итак, для выполнения расчета тепловой нагрузки на отопление здания, специалисты прибегают к помощи следующей формулы:

• a – коэффициент, которые показывает правки разницы температурного режима внешнего воздуха при определении эффективности функционирования отопительной системы;
• ti,t0 – разница температур в помещении и на улице;
• q0 – удельная экспонента, которая определяется путем дополнительных вычислений;
• Ku.p — коэффициент инфильтрации, учитывающий всевозможные теплопотери, начиная от погодных условий и заканчивая отсутствием теплоизоляционного слоя;
• V – объем сооружения, который нуждается в обогреве.

Как посчитать объем помещения в кубометрах (м3)

Формула очень примитивна: нужно лишь перемножить длину, ширину и высоту помещения. Однако, это вариант годится только для определения кубатуры сооружения, которое имеет квадратную или прямоугольную форму. В других случаях эта величина определяется несколько иным способом.

Если помещение представляет собой комнату неправильной формы, то задача несколько усложняется.

В этом случае надо разбить площадь комнат на простые фигуры и определить кубатуру каждой из них, заблаговременно сделав все замеры. Остается только сложить полученные цифры.

Вычисления следует проводить в одних и тех же единицах измерения, к примеру, в метрах.

В том случае, если сооружение, для которого делается укрупненный расчет тепловой нагрузки здания, оснащено чердаком, то кубатура определяется путем произведения показателя горизонтального сечения дома (речь идет о показателе, который берется от уровня напольной поверхности первого этажа) на его полную высоту, с учетом наивысшей точки утеплительного слоя чердака.

Перед тем, как вычислить объем помещения, необходимо учитывать факт наличия цокольных этажей или подвалов. Они также нуждаются в обогреве и если таковые имеются, то следует к кубатуре дома добавить еще 40% площади этих комнат.

Чтобы определить коэффициент инфильтрации, Ku.p, можно брать за основу такую формулу:

• g – экспонента ускорения свободного падения (справочные данные СНиП);
• L – высота постройки;
• W0 – условно-зависимая величина скорости ветра. Это значение зависит от местоположения сооружения и выбирается по СНиП.

Показатель удельной характеристики q0 определяется по формуле:

где  — корень из суммарной кубатуры помещений в сооружении, а n – количество комнат в постройке.

Возможные энергопотери

Чтобы вычисление получилось максимально точным, нужно учитывать абсолютно все виды энергетических потерь. Так, к основным из них можно отнести:

• через чердак и крышу, если не утеплить их должным образом, обогревательный узел теряет до 30% теплоэнергии;
• при наличии в доме естественной вентиляции (дымоотвод, регулярное проветривание и т.п.) уходит до 25% теплоэнергии;
• если стеновые перекрытия и напольная поверхность не утеплены, то сквозь них можно потерять до 15% энергии, столько же уходит через окна.

Чем больше окон и дверных проемов в жилье, тем больше теплопотери.

При некачественной теплоизоляции дома в среднем через пол, потолок и фасад уходит до 60% тепла.

Самым большим по теплоотдающей поверхности являются окно и фасад. Первым делом в доме меняют окна, после чего приступают к утеплении.

Учитывая возможные энергопотери, нужно либо исключить их, прибегнув к помощи теплоизоляционного материала, либо прибавить их величину во время определения объема тепла на отопление помещения.

Что же касается обустройства каменных домов, строительство которых уже завершено, необходимо учитывать более высокие теплопотери в начале отопительного периода. При этом надо брать в учет и срок окончания стройки:

• с мая по июнь – 14%;
• сентябрь – 25%;
• с октября по апрель – 30%.

Горячее водоснабжение

Следующий шаг – вычисление среднего показателя загрузки горячего водоснабжения в отопительный сезон. Для этого используется такая формула:

• a – среднесуточная норма использованиягорячей воды (эта величина является нормированной и ее можно найти в таблице СНиП приложение 3);
• N – численность жильцов, сотрудников, студентов или детей (если речь идет о дошкольном учреждении) в постройке;
• t_c–величина температуры воды (измеряется по факту или берется из усредненных справочных данных);
• T – временной промежуток, во время которого осуществляется подача горячей воды (если речь идет о почасовом водоснабжении);
• Q_(t.n) – коэффициент теплопотерьв системе горячего водоснабжения.

Вероятность действия санитарно-технических приборов.

P = (qhhr,u x U) / (qh x N x 3600) = (1,7 x 4) / (0,2 х 2 х 3600) = 0,00472,

где:qhhr,u = 1,7 л;

U = 4 человека — количество персонала;

qh = 0,2 л/с;

N = 2 — число санитарно-технических приборов с горячей водой

Вероятность использования санитарно-технических приборов.

Phr = (3600 х P х qh) / qh0,hr  = (3600 х 0,00472x 0,2) / 200 = 0,016992,

где:qh0,hr  = 200;

Phr< 0,1

 аhr = 0,207

Средний часовой расход воды.

qt = qhu x U/ 1000 x T = 10,2 x 4/ 1000 x 24 = 0,0017 м3/час

где: qhu = 10,2 л/час

Максимальный часовой расход воды.

qhr = 0,005 х qh0,hr  х  аhr = 0,005 х 200 х 0,207 = 0,207 м3/час

Тепловой поток.

а) в течении среднего часа

QhT = 1,16 х qhT х (65 – tc) + Qht = 1,16 х 0,0017 х (65 – 5) + 0,017748= 0,136068 кВт x 859,8 = 116,9913 ккал /ч (0,0001169913 Гкал/ч)

б) в течении часа максимального потребления

Qhhr = 1,16 х qhhr х (65 – tc) + Qht = 1,16 х 0,207 х (65 – 5) + 2,16108= 16,56828 кВт x 859,8 =  14245,407 ккал /ч (0,014245407 Гкал/ч)

Qhгод = gumh ´  m ´ с ´ r ´ [(65 – tсз)´ Zз]´ (1+ Kт.п) ´ 10-6  =  10,2 ´ 4 ´ 1 ´ 1 ´ [(65 – 5) ´ 365] ´ (1+ 0,3) ´ 10-6 = 1,16158 Гкал/год

где: gumh = 10,2 л/сутки

Можно ли регулировать нагрузки в отопительном блоке?

Буквально несколько десятилетий тому назад это была нереальная задача.

Сегодня же практически все современные нагревательные котлы промышленного и бытового назначения оснащаются регуляторами тепловых нагрузок (РТН).

Благодаря таким приборам осуществляется поддержание мощности обогревательных агрегатов на заданном уровне, и исключаются скачки, а также перевалы во время их функционирования.

Регуляторы тепловых нагрузок позволяют сократить финансовые расходы на оплату потребления энергетических ресурсов на обогрев сооружения.

Это обуславливается фиксированным лимитом мощности оборудования, которые, вне зависимости о его функционирования, не изменяется. Особенно это касается промышленных предприятий.

Сделать своими силами проект и произвести вычисления загрузки отопительных узлов, обеспечивающие отопление, вентиляцию и метод кондиционирования в постройке, не так уж и сложно, главное – запастись терпением и необходимым багажом знаний.

Расчет тепла по объему здания

При проектировании системы отопления, будь то промышленное строение или жилое здание, нужно провести грамотные расчеты и составить схему контура отопительной системы.

Особое внимание на этом этапе специалисты рекомендуют обращать на расчёт возможной тепловой нагрузки на отопительный контур, а также на объем потребляемого топлива и выделяемого тепла.

Тепловая нагрузка: что это?

Под этим термином понимают количество отдаваемой приборами отопления теплоты.

Проведенный предварительный расчет тепловой нагрузки позволить избежать ненужных расходов на приобретение составляющих отопительной системы и на их установку.

Также этот расчет поможет правильно распределить количество выделяемого тепла экономно и равномерно по всему зданию.

В эти расчеты заложено множество нюансов. Например, материал, из которого выстроено здание, теплоизоляция, регион и пр. Специалисты стараются принять во внимание как можно больше факторов и характеристик для получения более точного результата.

Расчет тепловой нагрузки с ошибками и неточностями приводит к неэффективной работе отопительной системы.

Случается даже, что приходится переделывать участки уже работающей конструкции, что неизбежно влечет к незапланированным тратам.

Да и жилищно-коммунальные организации ведут расчет стоимости услуг на базе данных о тепловой нагрузке.

Основные факторы

Идеально рассчитанная и сконструированная система отопления должна поддерживать заданную температуру в помещении и компенсировать возникающие потери тепла. Рассчитывая показатель тепловой нагрузки на систему отопления в здании нужно принимать к сведению:

– Назначение здания: жилое или промышленное.

– Характеристику конструктивных элементов строения. Это окна, стены, двери, крыша и вентиляционная система.

– Размеры жилища. Чем оно больше, тем мощнее должна быть система отопления. Обязательно нужно учитывать площадь оконных проемов, дверей, наружных стен и объем каждого внутреннего помещения.

– Наличие комнат специального назначения (баня, сауна и пр.).

– Степень оснащения техническими приборами. То есть, наличие горячего водоснабжения, системы вентиляции, кондиционирование и тип отопительной системы.

– Температурный режим для отдельно взятого помещения. Например, в комнатах, предназначенных для хранения, не нужно поддерживать комфортную для человека температуру.

– Количество точек с подачей горячей воды. Чем их больше, тем сильнее нагружается система.

– Площадь остекленных поверхностей. Комнаты с французскими окнами теряют значительное количество тепла.

– Дополнительные условия. В жилых зданиях это может быть количество комнат, балконов и лоджий и санузлов. В промышленных – количество рабочих дней в календарном году, смен, технологическая цепочка производственного процесса и пр.

– Климатические условия региона. При расчёте теплопотерь учитываются уличные температуры. Если перепады незначительны, то и на компенсацию будет уходить малое количество энергии. В то время как при -40 о С за окном потребует значительных ее расходов.

Особенности существующих методик

Параметры, включаемые в расчет тепловой нагрузки, находятся в СНиПах и ГОСТах. В них же есть специальные коэффициенты теплопередачи.

Из паспортов оборудования, входящего в систему отопления, берутся цифровые характеристики, касаемые определенного радиатора отопления, котла и пр.

А также традиционно:

– расход тепла, взятый по максимуму за один час работы системы отопления,

– максимальный поток тепла, исходящий от одного радиатора,

– общие затраты тепла в определенный период (чаще всего – сезон); если необходим почасовой расчет нагрузки на тепловую сеть, то расчет нужно вести с учетом перепада температур в течение суток.

Произведенные расчеты сопоставляют с площадью тепловой отдачи всей системы. Показатель получается достаточно точный. Некоторые отклонения случаются.

Например, для промышленных строений нужно будет учитывать снижение потребления тепловой энергии в выходные дни и праздничные, а в жилых помещениях – в ночное время.

Методики для расчета систем отопления имеют несколько степеней точности. Для сведения погрешности к минимуму необходимо использовать довольно сложные вычисления. Менее точные схемы применяются если не стоит цель оптимизировать затраты на отопительную систему.

Основные способы расчета

На сегодняшний день расчет тепловой нагрузки на отопление здания можно провести одним из следующих способов.

Три основных

1. Для расчета берутся укрупненные показатели.
2. За базу принимаются показатели конструктивных элементов здания.

   Здесь будет важен и расчет потерь тепла, идущего на прогрев внутреннего объема воздуха.

3. Рассчитываются и суммируются все входящие в систему отопления объекты.

Один примерный

Есть и четвертый вариант. Он имеет достаточно большую погрешность, ибо показатели берутся очень усредненные, или их недостаточно. Вот эта формула – Qот = q0 * a * VH * (tЕН – tНРО ), где:

• q0 – удельная тепловая характеристика здания (чаще всего определяется по самому холодному периоду),
• a – поправочный коэффициент (зависит от региона и берется из готовых таблиц),
• VH – объем, рассчитанный по внешним плоскостям.

Пример простого расчета

Для строения со стандартными параметрами (высотой потолков, размерами комнат и хорошими теплоизоляционными характеристиками) можно применить простое соотношение параметров с поправкой на коэффициент, зависящий от региона.

Предположим, что жилой дом находится в Архангельской области, а его площадь – 170 кв. м. Тепловая нагрузка будет равна 17 * 1,6 = 27,2 кВт/ч.

Подобное определение тепловых нагрузок не учитывает многих важных факторов. Например, конструктивных особенностей строения, температуры, число стен, соотношение площадей стен и оконных проёмов и пр. Поэтому подобные расчеты не подходят для серьёзных проектов системы отопления.

Расчет радиатора отопления по площади

Зависит он от материала, из которого они изготовлены. Чаще всего сегодня используются биметаллические, алюминиевые, стальные, значительно реже чугунные радиаторы.

Каждый из них имеет свой показатель теплоотдачи (тепловой мощности). Биметаллические радиаторы при расстоянии между осями в 500 мм, в среднем имеют 180 – 190 Вт.

Радиаторы из алюминия имеют практически такие же показатели.

Теплоотдача описанных радиаторов рассчитывается на одну секцию. Радиаторы стальные пластинчатые являются неразборными.

Поэтому их теплоотдача определяется исходя из размера всего устройства.

Например, тепловая мощность двухрядного радиатора шириной 1 100 мм и высотой 200 мм будет 1 010 Вт, а панельного радиатора из стали шириной 500 мм, а высотой 220 мм составит 1 644 Вт.

В расчет радиатора отопления по площади входят следующие базовые параметры:

– высота потолков (стандартная – 2,7 м),

– тепловая мощность (на кв. м – 100 Вт),

– одна внешняя стена.

Эти расчеты показывают, что на каждые 10 кв. м необходимо 1 000 Вт тепловой мощности. Этот результат делится на тепловую отдачу одной секции. Ответом является необходимое количество секций радиатора.

Для южных районов нашей страны, так же как и для северных, разработаны понижающие и повышающие коэффициенты.

Усредненный расчет и точный

Учитывая описанные факторы, усредненный расчет проводится по следующей схеме. Если на 1 кв. м требуется 100 Вт теплового потока, то помещение в 20 кв. м должно получать 2 000 Вт.

Радиатор (популярный биметаллический или алюминиевый) из восьми секций выделяет около 150 Вт. Делим 2 000 на 150, получаем 13 секций. Но это довольно укрупненный расчет тепловой нагрузки.

Точный выглядит немного устрашающе. На самом деле ничего сложного. Вот формула:

• q1 – тип остекления (обычное =1.27, двойное = 1.0, тройное = 0.85);
• q2 – стеновая изоляция (слабая, или отсутствующая = 1.27, стена выложенная в 2 кирпича = 1.0, современна, высокая = 0.85);
• q3 – соотношение суммарной площади оконных проемов к площади пола (40% = 1.2, 30% = 1.1, 20% – 0.9, 10% = 0.8);

Пример расчета тепловых нагрузок объекта коммерческого назначения

Это помещение на первом этаже 4-х этажного здания. Месторасположение - г. Москва.

Исходные данные по объекту

Расчетная теплопередача установленных радиаторов отопления, с учетом всех потерь, составила 0,007457 Гкал/час.

Максимальный расход теплоэнергии на отопление помещения составил 0,001501 Гкал/час.

Итоговый максимальный расход - 0,008958 Гкал/час или 23 Гкал/год.

В итоге рассчитываем годовую экономию на отопление данного помещения: 47,67-23=24,67 Гкал/год. Таким образом можно сократить расходы на теплоэнергию почти вдвое. А если учесть, что текущая средняя стоимость Гкал в Москве составляет 1,7 тыс. рублей, то годовая экономию в денежном эквиваленте составит 42 тыс. рублей.

Формула расчета в Гкал

Расчет тепловой нагрузки на отопление здания в случае отсутствия счетчиков учета тепловой энергии производится по формуле Q = V * (Т1 - Т2) / 1000, где:

• V – объем волы, которую потребляет система отопления, измеряется тоннами или куб.м.,
• Т1 – температура горячей воды. Измеряется в С (градусы по Цельсию) и для вычислений берется температура, соответствующая определенному давлению в системе. Показатель этот имеет свое название – энтальпия. Если точно определить температуру нельзя то используют усредненные показатели 60-65 С.
• Т2 – температура холодной воды. Зачастую ее измерить практически невозможно и в таком случае используют постоянные показатели, которые зависят от региона. К примеру, в одном из регионов, в холодное время года показатель будет равен 5, в теплое – 15.
• 1 000 – коэффициент для получения результата расчета в Гкал.

Для системы отопления с закрытым контуром тепловая нагрузка (Гкал/час) рассчитывается другим способом: Qот = α * qо * V * (tв - tн.р) * (1 + Kн.р) * 0,000001, где:

• α – коэффициент, призванный корректировать климатические условия. Берется в расчет, если уличная температура отличается от -30 С;
• V – объем строения по наружным замерам;
• qо – удельный отопительный показатель строения при заданной tн.р = -30 С, измеряется в Ккал/куб.м.*С;
• tв – расчетная внутренняя температура в здании;
• tн.р – расчетная уличная температура для составления проекта системы отопления;
• Kн.р – коэффициент инфильтрации. Обусловлен соотношением тепловых потерь расчетного здания с инфильтрацией и теплопередачей через внешние конструктивные элементы при уличной температуре, которая задана в рамках составляемого проекта.

Если необходим расчет в гигакалориях

В случае отсутствия счетчика тепловой энергии на открытом отопительном контуре расчет тепловой нагрузки на отопление здания рассчитывают по формуле Q = V * (Т1 — Т2 ) / 1000, где:

• V – количество воды, потребляемой системой отопления, исчисляется тоннами или м 3 ,
• Т1 – число, показывающее температуру горячей воды, измеряется в о С и для вычислений берется температура, соответствующая определенному давлению в системе. Показатель этот имеет свое название – энтальпия. Если практическим путем снять температурные показатели нет возможности, прибегают к усредненному показателю. Он находится в пределах 60-65 о С.
• Т2 – температура холодной воды. Ее измерить в системе довольно трудно, поэтому разработаны постоянные показатели, зависящие от температурного режима на улице. К примеру, в одном из регионов, в холодное время года этот показатель принимается равным 5, летом – 15.
• 1 000 – коэффициент для получения результата сразу в гигакалориях.

В случае закрытого контура тепловая нагрузка (гкал/час) рассчитывается иным образом:

• α – коэффициент, призванный корректировать климатические условия. Берется в расчет, если уличная температура отличается от -30 о С;
• V – объем строения по наружным замерам;
• qо – удельный отопительный показатель строения при заданной tн.р = -30 о С, измеряется в ккал/м 3 *С;
• tв – расчетная внутренняя температура в здании;
• tн.р – расчетная уличная температура для составления проекта системы отопления;
• Kн.р – коэффициент инфильтрации. Обусловлен соотношением тепловых потерь расчетного здания с инфильтрацией и теплопередачей через внешние конструктивные элементы при уличной температуре, которая задана в рамках составляемого проекта.

Расчет тепловой нагрузки получается несколько укрупненным, но именно эта формула дается в технической литературе.

Расчетный алгоритм согласно СНиП

Данный способ – наиболее точный из всех существующих. Если вы воспользуетесь нашей инструкцией и правильно выполните расчет, можете быть уверены в результате на 100% и спокойно подбирать отопительное оборудование. Порядок действий выглядит так:

1. Измерьте квадратуру внешних стен, полов и перекрытий отдельно в каждой комнате. Определите площадь окон и входных дверей.
2. Рассчитайте тепловые потери через все наружные ограждения.
3. Узнайте расход тепловой энергии, идущей на подогрев вентиляционного (инфильтрационного) воздуха.
4. Суммируйте результаты и получайте реальный показатель тепловой нагрузки.

Обмер жилых комнат изнутри

Важный момент. В двухэтажном коттедже внутренние перекрытия не учитываются, поскольку не граничат с окружающей средой.

Суть расчета тепловых потерь относительно проста: нужно выяснить, сколько энергии теряет каждый тип строительной конструкции, ведь окна, стенки и полы сделаны из разных материалов. Определяя квадратуру наружных стен, вычитайте площадь остекленных проемов — последние пропускают больший тепловой поток и потому считаются отдельно.

При замере ширины комнат прибавляйте к ней половину толщины внутренней перегородки и захватывайте наружный угол, как показано на схеме. Цель – учесть полную квадратуру внешнего ограждения, теряющего тепло по всей поверхности.

При замерах нужно захватывать угол постройки и половину внутренней перегородки

Определяем теплопотери стен и крыши

Формула расчета теплового потока, проходящего через конструкцию одного типа (например, стену), выглядит следующим образом:

Расшифруем обозначения:

• величину теплопотерь через одно ограждение мы обозначили Qi, Вт;
• А – квадратура стенки в пределах одного помещения, м²;
• tв – комфортная температура внутри комнаты, обычно принимается +22 °С;
• tн – минимальная температура уличного воздуха, которая держится в течение 5 самых холодных зимних дней (принимайте реальное значение для вашей местности);
• R – сопротивление толщи наружного ограждения передаче тепла, м²°С/Вт.

Коэффициенты теплопроводности для некоторых распространенных стройматериалов

В приведенном списке остается один неопределенный параметр – R. Его значение зависит от материала стеновой конструкции и толщины ограждения. Чтобы рассчитать сопротивление теплопередаче, действуйте в таком порядке:

1. Определите толщину несущей части внешней стены и отдельно — слоя утеплителя. Буквенное обозначение в формулах – δ, считается в метрах.
2. Узнайте из справочных таблиц коэффициенты теплопроводности конструктивных материалов λ, единицы измерения — Вт/(мºС).
3. Поочередно подставьте найденные величины в формулу:
4. Определите R для каждого слоя стены по отдельности, результаты сложите, после чего используйте в первой формуле.

Вычисления повторите отдельно для окон, стен и перекрытия в пределах одной комнаты, затем переходите в следующее помещение. Потери теплоты через полы считаются отдельно, о чем рассказано ниже.

Совет. Правильные коэффициенты теплопроводности различных материалов указаны в нормативной документации. Для России это Свод Правил СП 50.13330.2012, для Украины — ДБН В.2.6–31~2006. Внимание! В расчетах используйте значение λ, прописанные в столбце «Б» для условий эксплуатации.

Данная таблица является приложением СП 50.13330.2012 «Тепловая изоляция зданий», опубликованном на специализированном ресурсе

Пример расчета для гостиной нашего одноэтажного дома (высота потолков 3 м):

1. Площадь наружных стен вместе с окнами: (5.04 + 4.04) х 3 = 27.24 м². Квадратура окон – 1.5 х 1.57 х 2 = 4.71 м². Чистая площадь ограждения: 27.24 – 4.71 = 22.53 м².
2. Теплопроводность λ для кладки силикатного кирпича равна 0.87 Вт/(мºС), пенопласта 25 кг/м³ – 0.044 Вт/(мºС). Толщина – соответственно 0.38 и 0.1 м, считаем сопротивление теплопередаче: R = 0.38 / 0.87 + 0.1 / 0.044 = 2.71 м²°С/Вт.
3. Температура наружная – минус 25 °С, внутри гостиной – плюс 22 °С. Разность составит 25 + 22 = 47 °С.
4. Определяем теплопотери сквозь стенки гостиной: Q = 1 / 2.71 х 47 х 22.53 = 391 Вт.

Аналогичным образом считается тепловой поток через окна и перекрытие. Термическое сопротивление светопрозрачных конструкций обычно указывает производитель, характеристики ж/б перекрытия толщиной 22 см находим в нормативной либо справочной литературе:

1. R утепленного перекрытия = 0.22 / 2.04 + 0.1 / 0.044 = 2.38 м²°С/Вт, теплопотери сквозь кровлю – 1 / 2.38 х 47 х 5.04 х 4.04 = 402 Вт.
2. Потери сквозь оконные проемы: Q = 0.32 x 47 x71 = 70.8 Вт.

Таблица коэффициентов теплопроводности металлопластиковых окон. Мы взяли самый скромный однокамерный стеклопакет (k = 0.32 Вт/(м•°С)

Итого теплопотери в гостиной (исключая полы) составят 391 + 402 + 70.8 = 863.8 Вт. Аналогичные подсчеты ведутся по остальным комнатам, результаты суммируются.

Обратите внимание: коридор внутри здания не соприкасается с наружной оболочкой и теряет тепло только через крышу и полы. Какие ограждения нужно учитывать в расчетной методике, смотрите на видео.

Деление пола на зоны

Чтобы выяснить количество теплоты, теряемое полами на грунте, здание в плане делится на зоны шириной 2 м, как изображено на схеме. Первая полоса начинается от внешней поверхности строительной конструкции.

При разметке отсчет начинается от внешней поверхности здания

Расчетный алгоритм следующий:

1. Расчертите план коттеджа, поделите на полосы шириной 2 м. Максимальное число зон – 4.
2. Вычислите площадь пола, попадающего отдельно в каждую зону, пренебрегая межкомнатными перегородками. Обратите внимание: квадратура по углам считается дважды (заштриховано на чертеже).
3. Пользуясь расчетной формулой (для удобства приводим ее повторно), определите теплопотери на всех участках, полученные цифры суммируйте.
4. Сопротивление теплопередаче R для зоны I принимается равным 2.1 м²°С/Вт, II – 4.3, III – 8.6, остального пола – 14.2 м²°С/Вт.

Примечание. Если речь идет об отапливаемом подвале, первая полоса располагается на подземной части стены, начиная от уровня грунта.

Полы, утепленные минеральной ватой либо пенополистиролом, рассчитываются идентичным образом, только к фиксированным значениям R прибавляется термическое сопротивление слоя утеплителя, определяемое по формуле δ / λ.

Пример вычислений в гостиной загородного дома:

1. Квадратура зоны I равняется (5.04 + 4.04) х 2 = 18.16 м², участка II – 3.04 х 2 = 6.08 м². Остальные зоны в гостиную не попадают.
2. Расход энергии на 1-ю зону составит 1 / 2.1 х 47 х 18.16 = 406.4 Вт, на вторую – 1 / 4.3 х 47 х 6.08 = 66.5 Вт.
3. Величина теплового потока сквозь полы гостиной – 406.4 + 66.5 = 473 Вт.

Теперь нетрудно подбить общие теплопотери в рассматриваемой комнате: 863.8 + 473 = 1336.8 Вт, округленно — 1.34 кВт.

Нагрев вентиляционного воздуха

В подавляющем большинстве частных домов и квартир устроена естественная вентиляция. Уличный воздух проникает внутрь сквозь притворы окон и дверей, а также приточные отверстия. Нагревом поступающей холодной массы занимается система отопления, расходуя дополнительную энергию. Как узнать количество этих потерь:

1. Поскольку расчет инфильтрации слишком сложен, нормативные документы допускают выделение 3 м³ воздуха в час на каждый метр квадратный площади жилища. Общий расход приточного воздуха L считается просто: квадратура помещения умножается на 3.
2. L – это объем, а нужна масса m воздушного потока. Узнайте ее путем умножения на плотность газа, взятую из таблицы.
3. Масса воздуха m подставляется в формулу школьного курса физики, позволяющую определить количество затраченной энергии.

Высчитаем потребное количество теплоты на примере многострадальной гостиной площадью 15.75 м². Объем притока L = 15.75 х 3 = 47.25 м³/ч, масса – 47.25 х 1.422 = 67.2 кг/ч. Принимая теплоемкость воздуха (обозначена буквой C) равной 0.28 Вт / (кг ºС), находим расход энергии: Qвент = 0.28 х 67.2 х 47 = 884 Вт. Как видите, цифра довольно внушительная, вот почему подогрев воздушных масс нужно учитывать обязательно.

Окончательный расчет теплопотерь здания плюс расход теплоты на вентиляцию определяется суммированием всех полученных ранее результатов. В частности, нагрузка на отопление гостиной выльется в цифру 0.88 + 1.34 = 2.22 кВт. Аналогичным образом рассчитываются все помещения коттеджа, в конце энергетические затраты складываются в одну цифру.

Окончательный расчет

Если ваш мозг еще не закипел от обилия формул , то наверняка интересно увидеть результат по всему одноэтажному дому. В предыдущих примерах мы проделали основную работу, осталось лишь пройти по другим помещениям и узнать теплопотери всей наружной оболочки здания. Найденные исходные данные:

• термическое сопротивление стен — 2.71, окон – 0.32, перекрытия – 2.38 м²°С/Вт;
• высота потолков – 3 м;
• R для входной двери, утепленной экструдированным пенополистиролом, равен 0.65 м²°С/Вт;
• температура внутренняя – 22, внешняя – минус 25 °С.

Чтобы упростить вычисления, предлагаем составить таблицу в Exel, потом занесем туда промежуточные и окончательные результаты.

Пример расчетной таблицы теплопотерь в Exel

По окончании расчетов и заполнении таблицы получены следующие значения расходов тепловой энергии по помещениям:

• гостиная – 2.22 кВт;
• кухня – 2.536 кВт;
• прихожая – 745 Вт;
• коридор – 586 Вт;
• санузел – 676 Вт;
• спальня – 2.22 кВт;
• детская – 2.536 кВт.

Итоговое значение нагрузки на отопительную систему частного дома площадью 100 м² составило 11.518 Вт, округленно – 11.6 кВт. Примечательно, что результат отличается от приближенных методов расчета буквально на 5%.

Но согласно нормативным документам, окончательную цифру нужно умножить на коэффициент 1.1 неучтенных теплопотерь, возникающих из-за ориентации здания по сторонам света, ветровых нагрузок и так далее. Соответственно, окончательный результат – 12.76 кВт. Подробно и доступно об инженерной методике рассказывается на видео:

Пример расчёта тепловой нагрузки системы ГВС объекта теплопотребления

Показания узла учёта тепловой энергии (потребление тепловой энергии на нужды ГВС) отражают в прямоугольной системе координат (рис. 3):

- по оси абсцисс – календарные сутки;

- по оси ординат – среднее за сутки часовое потребление тепловой энергии на нужды ГВС.
 

В расчётах учтены показания узла учёта тепловой энергии, направленной в теплопотребляющую установку объекта теплопотребления на цели ГВС за период с 01.01.2014 г. по 01.03.2016 г.

Из показаний узла учёта тепловой энергии выбирают максимальное значение:

1,171 Гкал / 24 ч = 0,0487917 Гкал/ч (зафиксировано 31.12.2016 г.).

Полученное значение нагрузки на ГВС округляется до третьего знака после разделителя: 0,049 Гкал/ч.

Сопоставление договорной и фактической (расчётной) нагрузки представлено в табл. 1.

 Таблица 1. Сопоставление договорной и фактической (расчётной) нагрузки рассматриваемого абонента.

Здесь уместно отметить, что в договорах теплоснабжения объектов теплопотребления, как правило, указывается максимальная часовая нагрузка ГВС, а в соответствии с требованиями [3] тепловая нагрузка системы ГВС объекта теплопотребления устанавливается как средний часовой расход тепловой энергии за сутки максимального водопотребления непосредственно по данным приборов учёта.

Метод расчёта фактических тепловых нагрузок на основании показаний узлов учёта (введёнными в надлежащем порядке в коммерческий учёт),установленных на коллекторах источников тепловой энергии

На основании [9] определение количества поставленной (полученной) тепловой энергии, теплоносителя в целях коммерческого учёта тепловой энергии (в том числе расчётным путём) производится в соответствии с Методикой осуществления коммерческого учёта тепловой энергии, теплоносителя.

В соответствии с требованиями количество тепловой энергии (QИ, Гкал), отпущенное источником тепловой энергии по каждому выводу тепловой сети, рассчитывается по одной из следующих формул:

а) при использовании расходомеров на подающем трубопроводе:

где t0 – время начала отчётного периода;

ti – время окончания отчётного периода;

M1 – масса теплоносителя, отпущенного источником тепловой энергии по подающему трубопроводу, т;

h1 – удельная энтальпия теплоносителя в подающем трубопроводе, ккал/кг;

h2 – удельная энтальпия теплоносителя в обратном трубопроводе, ккал/кг;

MП – масса теплоносителя, израсходованного на подпитку системы теплоснабжения, на определённый вывод тепловой сети, т;

hХВ – удельная энтальпия холодной воды, используемой для подпитки на вводе источника тепловой энергии, ккал/кг;

б) при использовании расходомеров на обратном трубопроводе:

где t0, ti, h1, h2, MП, hХВ – то же, что и в формуле;

M2 – масса теплоносителя, возвращённого на источник тепловой энергии по обратному трубопроводу, т.

Количество тепловой энергии, отпущенное источником тепловой энергии для систем теплоснабжения с непосредственным водоразбором из тепловой сети, рассчитывается по формуле:

где t0, ti, h1, h2, M1, MП, hХВ – то же, что и в формуле;

M2 – то же, что и в формуле .

Величина отпуска тепловой энергии, расходуемой на подпитку ГВС (QГВСИ, Гкал), рассчитывается по формуле:

QГВСИ = MмахП ∙ (hГВ – hХВ) ∙ 10–3,

где MмахП – масса теплоносителя, израсходованного на подпитку системы теплоснабжения, на определённый вывод тепловой сети в сутки максимального расхода теплоносителя на подпитку системы теплоснабжения, т/сутки;

hГВ – удельная энтальпия горячей воды, ккал/кг;

hХВ – то же, что и в формуле ккал/кг.

Величина отпуска тепловой энергии, расходуемой на отопление и вентиляцию, (QОВИ, Гкал), рассчитывается по формуле:

QОВИ = QИ – QГВСИ,

Если за рассматриваемый отопительный период были зарегистрированы расчётные температуры наружного воздуха, принимаемые для проектирования систем отопления и вентиляции, тогда фактическая нагрузка рассматриваемого вывода источника тепловой энергии QфИ, Гкал/ч, рассчитывается по формуле:

QфИ = QсутИ/24

где QсутИ – количество тепловой энергии, Гкал/сут, отпущенное источником тепловой энергии по данному выводу тепловой сети, рассчитанное по показаниям приборов учёта тепловой энергии за сутки со среднесуточной температурой наружного воздуха (для Санкт-Петербурга –24 °С по данным).

Если за рассматриваемый отопительный период расчётные температуры наружного воздуха, принимаемые для проектирования систем отопления и вентиляции [8] зарегистрированы не были, значение расчётного расхода где Qр.ОВ.jИ – достигнутая тепловая нагрузка в горячей воде для целей отопления и вентиляции внешних потребителей в j-м году, Гкал/ч;

tв.р – температура внутри отапливаемого помещения, принимаемая для проектирования систем отопления и вентиляции, ºС; в холодный период года в обслуживаемой зоне жилых помещений температура воздуха принимается равной минимальной из оптимальных температур по ГОСТ 30494 , т.е. +20 ºС (п/п «а» п. 5.1 СП 60.13330

tн.р – температура наружного воздуха, принимаемая для проектирования систем отопления и вентиляции, ºС (для Санкт-Петербурга tн.р = –24 ºС

tсрn.pj – температура наружного воздуха, зафиксированная при достигнутом максимуме тепловых нагрузок в j-м году, ºС.

Для повышения достоверности результатов расчёта из рассмотрения исключаются диапазоны:

- с наружными температурами ниже –12 ºС (в этом диапазоне из-за наличия верхней срезки температурного графика источников тепловой энергии при пересчёте получаются заниженные значения расчётной нагрузки отопления и вентиляции);

- с наружными температурами выше +3 ºС (в этом диапазоне, попадающем в зону нижнего излома температурного графика, пересчёт даёт завышенные значения расчётной нагрузки отопления и вентиляции).

Диапазоны рассмотрения устанавливаются отдельно для каждого источника тепловой энергии на основании анализа обрабатываемых данных.

Анализ фактического теплопотребления

Сводные данные фактической потребности в тепловой мощности при расчётных температурах наружного воздуха в зонах действия источников ТСО Санкт-Петербурга за отопительный период 2016 г., рассчитанные по представленным выше методикам, составили 15 551,1 Гкал/ч, в том числе:

ü на отопление – 11 887 Гкал/ч;

ü на вентиляцию – 1 727 Гкал/ч;

ü на ГВС (среднечасовое) – 1 130 Гкал/ч;

ü на производственные нужды (пар) – 807,1 Гкал/ч.

Преимущества и недостатки методов определения фактических нагрузок

Преимущества и недостатки расчёта фактических тепловых нагрузок каждого из представленных выше методов приведены в табл. 2.

Таблица 2. Преимущества и недостатки рассмотренных методов расчёта.

Тепловая нагрузка системы вентиляции

Одним из существенных преимуществ метода определения фактической тепловой нагрузки на основании показаний узлов учёта абонентов, как это было уже отмечено ранее, является анализ режимов работы и эксплуатации теплопотребляющего оборудования каждого здания.

В ходе проводимой в 2016-2017 гг. работы в зонах теплоснабжения четырёх источников тепловой энергии филиала «Невский» ПАО «ТГК-1» выявилось, что одним из главных видом теплопотребления абонентов, подлежащих оптимизации и пересмотру, является тепловая нагрузка на вентиляцию. Необходимо отметить, что данный вид тепловой нагрузки в Санкт-Петербурге присущ преимущественного всем категориям потребителей, за исключением МКД.

Вместе с тем, проводимое сотрудниками сбытового блока ПАО «ТГК-1» с представителями абонентов обследование вентиляционного оборудования (калориферов) объектов показало, что порядка 30-40% вентиляционной нагрузки не используется ввиду демонтажа оборудования и(или) отсутствия необходимости в его эксплуатации.

При оборудовании в здании работающей системы вентиляции узел учёта тепловой энергии (УУТЭ), как правило, фиксирует фактическую нагрузку с учётом затрат энергии, в т.ч., на подогрев воздуха, поступающего в помещения посредством механической системы вентиляции. В этой связи, расчёт коэффициента, показывающего отношение фактической тепловой нагрузки к договорной, следует выполнять по одной из следующих формул:

к = QфактОВ /QдогОВ

или

к = QфактОВ /QдогО

где QфактОВ – фактическая нагрузка, определённая по показаниям приборов учёта тепловой энергии, Гкал/ч;

QдогОВ – суммарная договорная нагрузка на отопление и вентиляцию, Гкал/ч;

QдогО – договорная нагрузка на отопление, Гкал/ч.

Формулы  или  используются при следующих условиях и вариантах оборудования зданий механической системой вентиляции

 Таблица 3. Условия для расчёта коэффициента, показывающего отношение фактической тепловой нагрузки к договорной.

 В том случае, когда в здании существует механическая система вентиляции с подогревом приточного воздуха, она эксплуатируется, и её дальнейшая эксплуатация также предусмотрена, при определении коэффициента пересчёта фактической нагрузки к договорной принимается отношение фактической нагрузки (по показаниям УУТЭ) к суммарной договорной нагрузке (отопление + вентиляция), т.е. по формуле (12). Во всех остальных случаях, не важно, есть механическая система вентиляции в здании или нет, планируется она к использованию или нет, но фактически она не эксплуатируется (текст в табл. 3, выделенный синим цветом), коэффициент пересчёта определяется как отношение фактической нагрузки к договорной только на отопление, т.е. по формуле (13).

Если система вентиляции не эксплуатируется, но планируется к эксплуатации (текст в табл. 3, выделенный красным цветом), на текущий момент времени определение коэффициента пересчёта следует производить по формуле, а после установки и наладки механической системы вентиляции следует повторно произвести определение фактической нагрузки и пересчитать коэффициент отношения фактической нагрузки к договорной, но уже по формуле

Если система вентиляции не планируется к использованию, то нагрузку на вентиляцию следует исключить из договора теплоснабжения объекта.

Только в этом случае могут быть получены корректные значения фактической нагрузки и, соответственно, корректные значения коэффициента пересчёта к. Такой подход может быть реализован только по методике расчёта фактических нагрузок по данным узлов учёта тепловой энергии, установленных на объектах теплопотребления абонентов (метод А).

Применение поправочного числового множителя

При выполнении расчётов тепловой нагрузки обязательно учитывается поправочный числовой множитель, при помощи которого определяется отличие расчётного температурного режима наружного воздуха для проектов отопительных систем. В таблице представлены поправочные числовые множители для различных климатических зон, расположенных на территории Российской Федерации.

В других регионах России, где расчётный температурный режим наружных воздушных масс при проектировании отопительной системы находится на уровне минус 31°С или ниже, значения расчётных температур внутри обогреваемых помещений принимаются в соответствии с данными, приведёнными в действующей редакции СНиП 2.08.01-85.

На что обратить внимание при расчётах

В соответствии с действующим СНиП, на каждые 10 м2 обогреваемой площади должно приходится не менее 1 кВт тепловой мощности, но при этом в обязательном порядке учитывается так называемый региональный поправочный числовой множитель:

• зона с умеренными климатическими условиями – 1.2-1.3;
• территория южных регионов – 0.7-0.9;
• районы крайнего севера – 1.5-2.0.

Кроме прочего, немаловажное значение имеет высота потолочных конструкций и индивидуальные тепловые потери, которые напрямую зависят от типовых характеристик эксплуатируемого строения. Как правило, на каждый кубометр полезной площади затрачивается 40 ватт тепловой энергии, но при выполнении расчётов потребуется также учитывать следующие поправки:

• наличие окна – плюс 100 ватт;
• наличие двери – плюс 200 ватт;
• угловое помещение – поправочный числовой множитель 1.2-1.3;
• торцевая часть здания – поправочный числовой множитель 1.2-1.3;
• частное домовладение – поправочный числовой множитель 1.5.

Практическое значение имеют показатели потолочного и стенового сопротивления, потери тепла через конструкции ограждающего типа и функционирующую вентиляционную систему.

В результате функционирования вентиляционной системы потери тепловой энергии в зданиях составляют порядка 30-40%, через кровельные перекрытия уходит примерно 10-25%, а сквозь стены – около 20-30%, что должно учитываться при проектировании и расчёте тепловой нагрузки.  

Средняя тепловая нагрузка

Максимально просто осуществляется самостоятельный расчёт тепловой нагрузки по площади здания или отдельно взятого помещения. В этом случае показатели обогреваемой площади умножаются на уровень тепловой мощности (100 Вт). Например, для здания общей площадью 180 м2 уровень тепловой нагрузки составит:

180 × 100 Вт = 18000 Вт

Таким образом, для максимально эффективного обогрева здания площадью 180 м2 потребуется обеспечить 18 кВт мощности. Полученный результат необходимо разделить на количество тепла, выделяемого в течение одного часа отдельной секцией установленных отопительных радиаторов.

18000 Вт / 180 Вт = 100

В результате можно понять, что в разных по назначению и площади помещениях здания должно быть установлено не менее 100 секций. С этой целью можно приобрести 10 радиаторов, имеющих по 10 секций, или остановить свой выбор на других вариантах комплектации. Следует отметить, что средняя тепловая нагрузка чаще всего рассчитывается в зданиях, оснащённых централизованной системой отопления при температурных показателях теплоносителя в пределах 70-75оС.  

Расчет панельных радиаторов

Температурный режим отопительной системы – 95/70/18.

Для определения фактической тепловой мощности системы, для каждого отопительного прибора, установленного в помещениях определённого функционального назначения учитывается поправочный коэффициент К, определяемый как:

K = Tнапор.ф / Tнапор.н

Где:     Тнапор.н – номинальный температурный напор принятый заводом изготовителем для определения теплоотдачи отопительного прибора при номинальных условиях;

Тнапор.ф – фактический температурный напор, ºС:

Tнапор.ф = (tвх + tвых) / 2 – tвн.в

Где: tвх, tвых, — температура теплоносителя на входе и выходе из отопительного прибора, tвн.в – проектная температура внутреннего воздуха, ºС;

С учётом значения температуры теплоносителя на входе и выходе из отопительного прибора, рассчитывается значение температурного напора и коэффициента К:

Tнапор.н = (75+65)/2-20 = 50

Tнапор.ф = (95+70)/2-18 = 64,5

К = 64,5/50 = 1,29

Тепловая мощность панельного радиатора при индивидуальной температуре в системе отопления;

Q = QS · К ,

где: QS – номинальная тепловая мощность панельного радиатора;

Панельные радиаторы PURMO Plan Ventil Compac FCV 22:

Q = (QS · К) ·n= (656 · 1,29) ·2 =  1692,48 (Вт) · 0,863 = 1460,61 (Ккал/ч)

Q = (QS · К) ·n= (1124 · 1,29) ·1 =  1449,96 (Вт) · 0,863 = 1251,32 (Ккал/ч)

Q = (QS · К) ·n= (1312  · 1,29) ·2 =  3384,96 (Вт) · 0,863 = 2921,22  (Ккал/ч)

где: n – количество панельных радиаторов марки PURMO Plan Ventil Compact FCV 22, шт.

Посмотреть на энергопаспорт магазина продовольственных товаров

Суммарная тепловая нагрузка панельных радиаторов:

Qр.от.= 1460,61 + 1251,32 + 2921,22 = 5633,15  Ккал/ч

Максимальный часовой расход на отопление в трубопроводах

Qпод.тр.Ду20 ´ l1  =  57,31 ´ 0,75  = 42,9825 ккал/ч (0,000043 Гкал/ч)

Qпод.тр.Ду20 = 57,31 ккал/ч — потери тепловой энергии в подающем трубопроводе на один погонный метр;

l1= 0,75 м – длина подающего трубопровода;

Максимальный часовой расход на отопление

Qo max = Qр.от. + Qтр.= 5633,15 + 42,98 = 5676,13 ккал/ч (0,00567613 Гкал/ч).

Годовой расход за отопительный период

Qoгод  = Qomax´ ((ti – tm)/(ti – tо))´ 24´ Zo´ 10-6 = 5676,13 ´ [(18 +3,1)/(18 +28)] ´ 24 ´ 214 ´ 10-6=  = 13,3722  Гкал/год, где:

tm = -3,1 °С – средняя температура наружного воздуха за расчетный период;

ti  = 18 °С – расчетная температура внутреннего воздуха в помещениях;

tо  = -28 °С – расчетная температура наружного воздуха;

24 час. – продолжительность работы системы отопления в сутки;

Zo = 214 сут. – продолжительность работы системы отопления за расчетный период.

Возможные механизмы стимулирования пересмотра договорных тепловых нагрузок потребителей (абонентов)

Пересмотр договорных нагрузок абонентов и понимание истинных значений в потребности теплового потребления является одной из ключевых возможностей для оптимизации имеющихся и проектируемых производственных мощностей, что в перспективе приведёт к:

ü снижению темпов роста тарифов на тепловую энергию для конечного потребителя;

ü снижению размера платы за подключение за счёт переуступки неиспользуемой тепловой нагрузки существующих потребителей, и, как следствие, создания благоприятной среды для развития объектов малого и среднего бизнеса.

Проводимая ПАО «ТГК-1» работа по пересмотру договорных нагрузок абонентов показала отсутствие мотивации со стороны потребителей в снижении договорных нагрузок, в том числе, в проведении сопутствующих мероприятий по энергосбережению и повышению энергоэффективности.

В качестве механизмов стимулирования абонентов к пересмотру тепловой нагрузки, могут быть предложены следующие:

· установление двухставочного тарифа (ставки за тепловую энергию и за мощность);

· введение механизмов оплаты неиспользуемой мощности (нагрузки) потребителем (расширение перечня потребителей, в отношении которых должен действовать порядок резервирования и(или) изменение самого понятия «резервная тепловая мощность (нагрузка)).

При введении двухставочных тарифов возможно решение следующих актуальных для систем теплоснабжения задач [7]:

- оптимизация затрат на содержание тепловой инфраструктуры с выводом из эксплуатации избыточных теплогенерирующих мощностей;

- стимулирование потребителей к выравниванию договорной и фактической присоединённой мощности с высвобождением резервов мощности для подключения новых потребителей;

- выравнивание финансовых потоков ТСО за счёт ставки на «мощность», равномерно распределяемой в течении года, и др.

Следует отметить, что для реализации рассмотренных выше механизмов, требуется доработка действующего законодательства в сфере теплоснабжения.

Исходные данные. Расчет максимальной тепловой нагрузки

Настоящий расчет выполнен с целью определения фактической тепловой нагрузки на отопление и горячее водоснабжение нежилых помещений.

Как воспользоваться результатами вычислений

Зная потребность здания в тепловой энергии, домовладелец может:

• четко подобрать мощность теплосилового оборудования для обогрева коттеджа;
• набрать нужное количество секций радиаторов;
• определить необходимую толщину утеплителя и выполнить теплоизоляцию здания;
• выяснить расход теплоносителя на любом участке системы и при необходимости выполнить гидравлический расчет трубопроводов;
• узнать среднесуточное и месячное потребление тепла.

Последний пункт представляет особый интерес. Мы нашли величину тепловой нагрузки за 1 час, но ее можно пересчитать на более продолжительный период и вычислить предполагаемый расход топлива — газа, дров или пеллет.

Список нормативно-технической и специальной литературы

Расходы тепла подсчитаны согласно и с учетом требований следующих документов:

1. Методических указаний по определению расходов топлива, электроэнергии и воды на выработку теплоты отопительными котельными коммунальных теплоэнергетических предприятий (ГУП Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, 2002 г.);
2. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»;
3. Расчет систем центрального отопления (Р.В. Щекин, В.А. Березовский, В.А. Потапов, 1975 г.);
4. Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.);
5. СП30.13330 СНиП 2.04.-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий».
6. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
7. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
8. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»
9. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»
10. ГОСТ Р 54853-2011. Здания и сооружения. Метод определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с помощью тепломера
11. ГОСТ 26602.1-99 «Блоки оконные и дверные. Методы определения сопротивления теплопередаче»
12. ГОСТ 23166-99 «Блоки оконные. Общие технические условия»
13. ГОСТ 30971-2002 «Швы монтажные узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам. Общие технические условия»
14. Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
15. Приказ Минэнерго России от 30.06.2014 N 400 «Об утверждении требований к проведению энергетического обследования и его результатам и правил направления копий энергетического паспорта, составленного по результатам обязательного энергетического обследования».