Введение Расчет максимальной нагрузки отопления зданий Эксплуатационные организации, занимаю-

Введение
Эксплуатационные организации, занимающиеся централизованным теплоснабжением городов и населенных пунктов многие годы, наблюдают превышение договорных тепловых нагрузок над фактическим уровнем отпуска тепловой энергии с котельных и ТЭЦ. Данная ситуация
автоматически возникает при заключении договоров на отпуск тепловой энергии, поскольку
абоненты представляют максимальные проектные тепловые нагрузки зданий, рассчитанные
проектными организациями с большим запасом
и без учета суточной неравномерности потребления тепла разнохарактерными абонентами
(жилые здания, общественные здания, учебные
заведения, здания с поточным циклом и т.п.). В
результате чего установленная мощность многих источников тепла оказывается ниже суммарной договорной нагрузки, что может привести к
неоправданному расширению этих источников с
увеличением диаметра магистральных теплопроводов, т.е. к неоправданным капитальным затратам.
В ближайшие годы многие теплоснабжающие организации собираются переходить на
двухставочный тариф, при котором завышение
договорных нагрузок также может привести к
неоправданно высоким платежам абонентов за
присоединенную мощность.
Минимизация капитальных затрат и платежей за присоединенную нагрузку в системах
теплоснабжения в основном зависит от точности расчета тепловых нагрузок на источник тепла и расхода сетевой воды в тепловых сетях, а
также от принятого температурного графика
отпуска тепла. В настоящее время нормы по
расчету тепловых нагрузок на источник тепла и
расхода сетевой воды в теплопроводах отсутствуют, поскольку в СНиП 41-01-2003 «Тепловые сети» [1] не приведены методические положения по проектированию систем теплоснабжения. В связи с этим проектные организации, исходя из собственного опыта, трактуют
эти вопросы по-разному, при этом не учитывают энергосберегающие технологии последних
лет. Подтверждением данной ситуации является работа [2], в которой рассмотрены вопросы
качества и надежности расчета тепловых нагрузок типовых жилых зданий столичного строительного комплекса.
Расчет максимальной нагрузки
отопления зданий
Расчет нагрузки отопления должен производиться по рабочим проектам зданий. Однако на
практике часто применяются положения устаревшей методики МДС 41-4.2000 [3], которая не
учитывает использования в строительстве энергоэффективных наружных ограждений – трехслойных утепленных стен, воздухонепроницаемых пластиковых окон и балконных дверей, застекленных лоджий и, после завершения строительства, повсеместную установку в подъездах
автоматизированных дверей.
Согласно [3] расчет нагрузки отопления современных зданий определяется по удельной
отопительной характеристике qо сооружений
постройки после 1958 г. с учетом коэффициента
инфильтрации, который для 17-этажных строений составляет К н.р.=1,13, т.е. расчет производится по удельной отопительной характеристике зданий с однослойными неутепленными панелями и воздухопроницаемыми деревянными
рамами. В результате чего тепловая нагрузка на
отопление современного здания искусственно
завышается на 40-50%.
Для более точного расчета нагрузки
отопления рекомендуется для каждой серии
современных домов (П-44Т, П-44К, ИП-46,
КОПЭ, И-155, П-46М, 111м, П-111 МО, Юбилейная, д25Н1, П3М, П-55М и т.д.) рассчитать удельную отопительную характеристику
по техническим паспортам в зависимости от
наружного строительного объема V. После
чего расчет тепловой нагрузки отопления
производить по формуле: Q = q о . V. (t вн –t р ) . α,
ккал/ч. При этом коэффициент на инфильтрацию К н.р. не учитывать, поскольку повсеместно используются воздухонепроницаемые пластиковые окна, застекленные лоджии и автоматизированные двери в подъездах, обеспечивающие плотность притвора.
При отсутствии технических паспортов рекомендуется удельную отопительную характеристику qо современных жилых зданий определять
по среднеарифметической величине зданий постройки до 1958 г. и зданий постройки после
1958 г. (табл. 1) с учетом поправочного коэффициента α (табл. 2). Для встроенных помещений
рекомендуется определять нагрузку отопления
по удельной характеристике самого жилого зда-
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
В.М. Липовских, директор, ООО «Каналсетьпроект»,
А.А. Арешкин, ГИП по теплоснабжению, ООО «Институт «Каналстройпроект», г. Москва
Новости теплоснабжения № 7 (июль); 2009 г.
Снижение капитальных затрат
и платы за присоединенную нагрузку
в закрытых системах теплоснабжения
43
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 1. Удельная отопительная характеристика жилых зданий.
Таблица 2. Поправочный эффект α для жилых зданий.
Новости теплоснабжения № 7 (июль); 2009 г.
ния. Для подземных автостоянок расчетную температуру на отопление рекомендуется соответственно принимать равной tр=–5 ОC и t вн=+5 ОC.
Для помещений моек расчетную температуру
внутри помещения t вн рекомендуется принимать
равной +15 ОC.
Для предварительного расчета тепловых нагрузок на отопление жилых зданий может быть
использована таблица укрупненных показателей, приведенная в работе [4].
44
Расчет максимальной нагрузки
приточной вентиляции зданий
В настоящее время расчет тепловой нагрузки
вентиляции во многих случаях производится для
всех без исключения общественных зданий (помещений) по укрупненной норме двукратного
воздухообмена. В результате чего автоматически завышается нагрузка вентиляции встроенных
помещений и подземных автостоянок.
Согласно ТСН-31-315-99 (МГСН 4.13-97)
«Предприятия розничной торговли» [5] для продовольственных и промтоварных магазинов
площадью 250 м2 и менее обустройство приточной вентиляции не обязательно. Данное положение целесообразно распространить и на другие подобные помещения небольшой площади,
например – книжные магазины, аптеки готовых
лекарств, магазины оптики, офисные помещения, досуговые центры, библиотеки и т.п., которые, как правило, располагаются на первых этажах жилых зданий.
Расчет нагрузки вентиляции для общественных помещений площадью более 250 м2 целесо-
образно производить согласно отраслевой и ведомственной нормативно-технической документации.
Расчет нагрузки вентиляции подземных автостоянок согласно ТСН 21-301-201 (МГСН 5.01-01)
«Стоянки легковых автомобилей» [6] рекомендуется определять исходя из нормы притока наружного воздуха 150 м3/ч на одно машиноместо, но не
менее двукратного воздухообмена. Расход наружного воздуха на вентиляцию для помещений моек
рекомендуется принимать по норме пятикратного
воздухообмена. При наличии тепловых завес на
подземных стоянках и на мойках рекомендуется
приток 80% наружного воздуха обеспечивать системами общеобменной вентиляции (воздушным
отоплением), а оставшиеся 20% – тепловыми завесами ворот [7].
Расчет нагрузки вентиляции для жилых зданий рекомендуется производить только для зданий с числом этажей 26 и более и при наличии
технического задания проектировщика здания,
исходя из нормы расхода наружного воздуха 3 м3
на 1 м2 жилой площади квартиры [8].
Расчет нагрузки тепловых завес
Расчет нагрузки тепловой завесы ворот
отапливаемой подземной автостоянки рекомендуется принимать, исходя из условия подачи 20% требуемого объема наружного воздуха,
но не менее 0,1 Гкал/ч. Для моек, располагаемых внутри подземных стоянок, монтаж тепловых завес ворот может не производиться. Расчет нагрузки тепловой завесы ворот мойки, непосредственно выходящей на улицу, рекомен-
Расчет нагрузки горячего водоснабжения
Многие организации Москвы, проектирующие здания, рассчитывают максимальную секундную нагрузку горячего водоснабжения
(ГВС) для подбора подогревателей системы
ГВС без определения максимальной часовой и
среднечасовой нагрузок, которые используются
в расчетах характеристик систем теплоснабжения. Поскольку максимальная секундная нагрузка ГВС больше максимального часового расхода, происходит завышение нагрузки и, в итоге,
увеличение капитальных затрат.
Основой для расчета среднечасовой нагрузки
ГВС является суточный расход горячей воды Gсут
для различных помещений, приведенный в СНиП
2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» [9]. Среднечасовой расход горячей
воды для зданий (помещений) с длительным пребыванием людей (4 часа и более) рекомендуется
определять по формуле: Gсч=N.Gсут/n, где N –
число потребителей горячей воды, n – число часов пребывания людей в здании (помещении). На
основе среднесуточного расхода рассчитывается среднечасовая нагрузка Qсч.
Среднечасовой расход горячей воды зданий (помещений) с поточным пребыванием
людей (столовые, кафе, спортзалы, бассейны,
поликлиники и т.п.) принимается по максимальному расходу, приведенному в [9], и часовому потоку посетителей. При этом коэффициент неравномерности рекомендуется принимать К н=1,0.
Максимальную часовую нагрузку ГВС зданий
(помещений) Qмч с длительным пребыванием
людей рекомендуется определять по среднечасовой нагрузке Qсч с учетом коэффициента неравномерности К н потребления горячей воды:
Qмч=Qсч.К н. Для жилых зданий и гостиниц коэффициент неравномерности К н определяется в
зависимости от числа жителей и постояльцев
(табл. 3). Для общественных зданий (помещений) коэффициент неравномерности рекомендуется принимать на уровне К н=3-4.
Рассматриваемая методика расчета максимальной нагрузки ГВС с использованием ко-
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 3. Коэффициент неравномерности потребления
горячей воды жилых зданий.
эффициента неравномерности К н согласно
СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные
сети и сооружения» [10] также применяется
при расчете максимальной нагрузки на источник водоснабжения и наружные транзитные
водоводы.
Расчет тепловой нагрузки
на источник тепла и тепловые сети
Расчет тепловой нагрузки на источник тепла
и внешние тепломагистрали в оптимуме должен
производиться по максимальной нагрузке отопления, усредненной нагрузке приточной вентиляции и тепловых завес и усредненной максимальной нагрузке ГВС с учетом суточной неравномерности потребления тепла (усредненная
расчетная нагрузка на источник тепла).
Многочисленные исследования показали, что
пиковое потребление тепловой энергии в жилых
зданиях и, как следствие, в жилых районах наблюдается в субботний вечер, когда многие общественные здания не функционируют (школы,
детсады, офисы, предприятия бытового обслуживания и т.п.). В результате чего часть мощности источника тепла в дневное время используется на вентиляцию и водоснабжение обществен-
Новости теплоснабжения № 7 (июль); 2009 г.
дуется принимать с учетом обязательности ее
притвора в процессе обслуживания машины. В
результате чего, ворота находятся в открытом
состоянии не более четверти часа и, в соответствии с этим, нагрузка на тепловые завесы моек в 3-4 раза меньше, чем на тепловые завесы
для постоянно открытых ворот подземных автостоянок. Исходя из этого, минимальную нагрузку на тепловые завесы моек рекомендуется
принимать равной 0,03 Гкал/ч. Тепловую нагрузку для наружных дверей общественных
зданий рекомендуется принимать также на
уровне 0,03 Гкал/ч.
45
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
ного для источника в целом, т.е. с учетом числа
потребителей всех присоединенных зданий. В
итоге коэффициент неравномерности для источников тепла определяется на уровне К н=2,02,8 при коэффициенте неравномерности присоединяемых зданий К н=3,0-5,5.
Расчет тепловой нагрузки на внутриквартальные теплопроводы и абонентские вводы необходимо производить по максимальным нагрузкам
отопления, вентиляции, тепловых завес и ГВС
зданий (максимальная нагрузка зданий), т.е. без
усреднения максимальных нагрузок. При этом
нагрузка ГВС определяется с учетом коэффициента неравномерности К н, характерного для
каждого здания.
Новости теплоснабжения № 7 (июль); 2009 г.
Рисунок. Повышенный температурный график
отпуска тепловой энергии (для г. Москвы).
46
ных зданий, и эта же часть в вечернее время используется на ГВС жилых зданий. В связи с этим
расчет усредненной максимальной нагрузки
вентиляции и ГВС на источник тепла и внешние
тепломагистрали таких зданий целесообразно
определять по максимальной нагрузке вентиляции с понижающим коэффициентом К п=0,2 и
среднечасовой нагрузке ГВС также с понижающим коэффициентом К п=0,2. Данную норму для
систем вентиляции возможно использовать при
независимом присоединении подогревателей
приточных камер (режим 95/70 ОC) с остановом
вентиляторов без перекрытия циркуляционного
контура теплоносителя в нерабочее время.
Усредненную максимальную нагрузку ГВС
зданий (помещений) на источник тепла и внешние тепломагистрали с длительным пребыванием людей рекомендуется принимать с учетом
коэффициента неравномерности К н, характер-
Расчет расхода сетевой воды
в первичных тепловых сетях
с учетом графика отпуска тепла
Наиболее распространенным в закрытых системах теплоснабжения является отопительный
график тепла с «точкой излома» при Т1=70 ОC. В
случае его применения общий расход сетевой
воды во внешних тепломагистралях определяется по максимальной нагрузке отопления, усредненной максимальной нагрузке вентиляции
и тепловых завес и усредненной максимальной
нагрузке ГВС. В квартальных теплопроводах и
абонентских вводах общий расход сетевой воды
определяется без усреднения максимальных
тепловых нагрузок присоединяемых зданий.
В последнее десятилетие широкое распространение получили системы теплоснабжения с независимым присоединением отопления и авторегулированием расхода сетевой воды на тепловых пунктах. Для таких систем целесообразно использовать повышенный график отпуска тепла
(см. рисунок), например, для протяженных систем ТЭЦ и крупных РТС рекомендуется использовать температурный график с «точкой излома»
Т1из=75-85 ОC вместо Т1из=70 ОC в подающем трубопроводе. Это позволяет снижать во внешних
тепломагистралях, квартальных теплопроводах и
Программное обеспечение
Как правило, проектирование систем централизованного теплоснабжения осуществляется на основе технико-экономических показателей проектов планировок и проектов застроек
микрорайонов и крупных жилых массивов, расчет тепловых нагрузок достаточно трудоемок. В
связи с этим целесообразно осуществить разработку специального программного обеспечения для расчета тепловых нагрузок зданий
(максимальной и среднечасовой), усредненной
расчетной нагрузки на источник тепла, а также
тепловой нагрузки с учетом коэффициента потребления тепловой энергии К п. Последнее необходимо для расчета годового потребления
тепла, для определения годового расхода топлива и для планирования экономических показателей.
Литература
1. СНиП 41-01-2003 «Тепловые сети».
2. Ливчак В.И. Фактическое теплопотребление зданий как
показатель качества и надежности проектирования //
АВОК. 2009. № 2.
3. МДС 41-4.2000 Методика определения количества тепловой энергии и теплоносителя в водяных системах коммунального теплоснабжения.
4. Ливчак В.И. Обоснование расчета удельных показателей
расхода тепла на отопление разноэтажных жилых зданий // АВОК. 2005. № 2.
5. ТСН-31-315-99 (МГСН 4.13-97) «Предприятия розничной торговли».
6. ТСН 21-301-201 (МГСН 5.01-01) «Стоянки легковых автомобилей».
7. Садовская Т.И. Подземные автостоянки. Вентиляция и
противодымная защита при пожаре // АВОК. 2006. № 5.
8. СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование».
9. СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий».
10. СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и
сооружения».
Издательство «Новости теплоснабжения» представляет
НОМЕНКЛАТУРНЫЙ КАТАЛОГ
оборудования, материалов и изделий, применяемых в теплоснабжении
(издание 5-е, дополненное).
В каталоге представлена информация
о следующих видах оборудования и материалов:
Котлы, Автономное теплоснабжение, Топливосжигающие устройства, Теплообменное оборудование,
Оборудование водоподготовки, Оборудование мазутоподготовки, Котельно-вспомогательное оборудование, Тягодутьевые машины, Резервуарное оборудование, Трубопроводная арматура, КИПиА, Приборы
измерения и учета, Котельная автоматика, Огнеупорные и теплоизоляционные изделия и материалы,
Прочее оборудование, изделия и материалы, не вошедшие в предыдущие разделы, адреса, телефоны
и E-mail всех заводов-изготовителей.
По вопросам приобретения обращаться в Издательство «Новости теплоснабжения»
по тел.: (495) 231-21-26
E-mail: [email protected], [email protected]
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
Выбор оборудования источника тепла
При выборе основного оборудования источников тепла (котлов, теплофикационных турбин
и пр.) необходимо учитывать потери в тепловых
сетях через изоляцию и от утечек, а также расход тепловой энергии на собственные нужды.
Для современных систем тепловых сетей с эффективной теплоизоляцией общие потери не
превышают 7% от расчетной нагрузки на источник тепла, а расход тепловой энергии на собственные нужды газифицированных источников
тепла не превышает 3%. Поскольку мощность
теплового оборудования дискретна, практически не удается подобрать оборудование, точно
соответствующее расчетной нагрузке абонентов (с учетом потерь и собственных нужд). В оптимуме суммарная тепловая мощность источника тепла должна быть больше усредненной расчетной нагрузки (с учетом потерь и собственных
нужд) и меньше максимальной нагрузки зданий
(с учетом потерь и собственных нужд).
Экономический эффект
Использование рассматриваемой методики
расчета характеристик систем теплоснабжения
приводит к снижению общей тепловой нагрузки и
расхода сетевой воды на 20-30% по сравнению с
практикой арифметического суммирования максимальных величин. Это, в свою очередь, приводит к экономии капитальных затрат на уровне 1020% за счет снижения мощности источника тепла и
уменьшению диаметров теплопроводов. Данная
методика по своим результатам близка к методике
ОАО «Объединение ВНИПИэнергопром» по расчету тепловых нагрузок на источник тепла и расхода
сетевой воды во внешних тепломагистралях, которая применялась в советский период для крупных
систем теплоснабжения. Отличительной чертой
этой методики являлось использование среднечасовой нагрузки ГВС, что позволяло минимизировать капитальные затраты. Таким образом, рассматриваемая методика расчета тепловых нагрузок на источник тепла и расхода сетевой воды во
внешних тепломагистралях по существу является
уточненной версией известной методики.
Новости теплоснабжения № 7 (июль); 2009 г.
абонентских вводах расход сетевой воды на ГВС
на 50% от расчетного, путем введения в расчет
понижающего коэффициента Кр=0,5.
47