ГРАФИКИ ПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕПЛА

Графики расхода тепла потребителями по часам суток, дням недели и в зависимости от климатических условий оказывают значительное влияние на режим работы источников тепла. Они во многом определяют экономические показатели этих источников. Качество теплоснабжения потребителей зависит от того, насколько изучены графики потребления тепла различными группами потребителей и насколько они учтены при разработке н исполнении графиков регулирования тепловой сети. Вследствие большого различия в режимах потребления тепла между коммунальными и промышленными районами нужно всегда стремиться к их полному разделению на отдельные магистрали.

Основным видом нагрузки в городских тепловых сетях является отопление. Исходя из этого, при разработке графиков регулирования систем централизованного

теплоснабжения обычно принимают за основу удовлетворение нужд отопления. Основным потребителем тепла в коммунальном секторе является жилой дом, отсюда и ориентация режима регулирования тепловой сети.

Температура воздуха в отапливаемых помещениях, как известно, есть результат воздействия большого количества факторов. Но и сама температура воздуха еще не определяет микроклимата жилого помещения, имеет значение обмен воздуха, воздействие холодных поверхностей окон и наружных стен и т. д. Таким образом, комфортные или нормальные условия в жилом помещении определяются не только системой отопления и режимом ее работы, но и большим числом других факторов, среди которых особенное значение имеет качество конструкций жилых зданий и их выполнения, а также наличие организованного воздухообмена.

Если говорить только о температуре воздуха в помещении в данный момент времени, то он, помимо работы отопительной системы, определяется скоростью и направлением ветра, солнечной радиацией, внутренними тепловыделениями, вентиляцией. Как правило, при построении графиков регулирования систем централизованного теплоснабжения все эти факторы игнорируются и график строится лишь по одному фактору — температуре наружного воздуха. Разберем принципиальную возможность учета прочих факторов при центральном регулировании.

Известно, что большое влияние не тепловой режим помещений имеют направление и скорость ветра. Однако это воздействие имеет место только на наветренные стороны, т. е. приблизительно не более чем на половину охлаждаемых поверхностей. Кроме того, сильное воздействие ветра имеет место лишь при большом проценте остекления, спаренных переплетах и плохом качестве столярных изделий, что, конечно, нельзя принять за норму. Бороться с воздействием ветра наиболее целесообразно путем уплотнения, а не дополнительного расхода топлива. Учет ветра при центральном регулировании обычно проводится в тех случаях, когда он (ветер) имеет устойчивый по времени характер и его средняя скорость превосходит определенную величину (обычно 5 м/сек). Но в этом случае очевидно будет логичным учитывать и меньшие скорости ветра, снижая температуру подаваемой воды.

В солнечные весенние дни в помещениях с южной ориентацией температура воздуха значительно повышается и отопительная система в эти часы может быть практически отключена. Однако это имеет место лишь для части помещений, помещения с северной ориентацией должны получать нормальное количество тепла. Таким образом, и в этом случае нет возможности, например, снижать температуру воды в тепловой сети. Меры борьбы с перегревом помещений и получения тем самым экономий топлива широко известны — пофасадные системы отопления с отключением «южных» систем или понижением температуры воды на время воздействия солнца в них. Пофасадные системы отопления дают возможность борьбы и с воздействием ветра.

Больше всего предложений обычно имеет место по учету внутренних тепловыделений. Выделение тепла в отапливаемых помещениях, помимо нагревательного прибора системы отопления, связано с присутствием людей, осветительными приборами и газовыми, электрическими и иными плитами. Эти три фактора имеют место почти всегда, но их влияние на тепловой баланс жилого помещения весьма различно. Тепловыделение человека в спокойном состоянии обычно принимается равным 75 ккал/ч. Влияние этого тепловыделения будет зависеть от длительности его пребывания в помещении в течение суток и от величны тепловых потерь, приходящихся на одного человека. И тот и другой факторы весьма значительно зависят от местных условий. Продолжительность пребывания может меняться в несколько раз, например от 10 до 20 ч. Удельные тепловые потери здания на одного человека будут зависеть от величины тепловой характеристики здания, от количества жилой площади на одного человека и, наконец, от отношения наружного объема здания к его жилой площади. Тепловая характеристика здания, например, для условий Москвы колеблется в пределах от 13 до 30 ккал/м3, жилая площадь от 6 до 15 м2/чел и переводной коэффициент от жилой площади к объему от 5 до 8. При таких исходных цифрах удельный расход тепла на отопление, приходящийся на одного человека, может изменяться также не менее чем в 2 раза. Усреднение этих цифр недопустимо, так как важен тепловой режим не всех отапливаемых зданий в среднем, а именно режим каждого отдельного дома или даже каждой квартиры.

Легко показать, что аналогичные колебания будут и в прочих источниках внутренних тепловыделений: теплоотдача осветительных приборов определяется присутствием людей и месяцем года, поступление тепла от плиты — образом жизни жителя и эффективностью вентиляции (при газовой плите весьма желательна очень интенсивная вентиляция при ее работе).

Наличие внутренних тепловыделений в жилом помещении в режиме отопления учитывается тем, что расчет графика ведется на ВН=180С в предположении, что фактическая температура помещения будет составлять 20—21 °С. Такой расчет обеспечивает минимальную санитарную норму внутренней температуры всем отапливаемым помещениям. В теплую погоду, разумеется, влияние внутренних тепловыделений в части помещений может привести к перегреву.

Принципиально этот перегрев может быть снят лишь путем местного регулирования в данном конкретном здании и еще точнее—-в каждой отдельной квартире. Однако в определенной степени (25—50% от средней расчетной величины) внутренние тепловыделения могут учитываться и для группы однородных зданий (например, отоплении от ЦТП). Следует сказать, что в современных условиях перегрев помещений в теплое время отопительного сезона имеет место не из-за внутренних тепловыделений, а вследствие повышенной температуры подаваемой воды (65—70 °С) для обеспечения систем горячего водоснабжения. Устранение этого недостатка в работе систем централизованного теплоснабжения представляет собой актуальную задачу современного момента.

Обычно при разработке графиков регулирования за основу принимается суточный баланс подачи тепла на отопление. Это предполагает наличие определенной аккумуляции тепла в конструкциях и внутренней обстановке отапливаемого здания, позволяющей при сравнительно небольшом колебании температуры воздуха в помещении допускать значительные изменения в подаче тепла по часам суток. Возможность неравномерной подачи тепла на отопление чаще всего используется для покрытия пиков горячего водоснабжения. Допустимость этого определяется соотношением величины отклонения в подаче тепла и величины аккумуляции отапливаемого здания.

Наибольшей аккумулирующей способностью обладают кирпичные здания старой постройки с толщиной наружных стен 2,5—3,5 кирпича. С утонением наружных стен, переходом на эффективные отеплители, увеличением процента остекления аккумулирующая способность здания снижается. Такое снижение аккумулирующей способности особенно характерно для зданий промышленного назначения, имеющих большой процент остекления при малой толщине наружных ограждений.

Величину тёпловой аккумуляции зданий принято характеризовать коэффициентом аккумуляции. Аккумулирующая способность зданий тем больше, чем выше коэффициент аккумуляции. Чем выше коэффициент аккумуляции, тем слабее темп падения температуры воздуха и тем, следовательно, менее заметно будет для

объекта сказываться прекращение или сокращение подачи тепла.

Коэффициент аккумуляции зданий, а следовательно, и темп падения температуры различен для помещений одного и того же здания: он имеет наименьшую величину для угловых помещений верхних этажей и наибольшую— для средних помещений средних этажей. Для современных зданий с облегченными конструкциями стен характерны следующие коэффициенты аккумуляции, Ч:

Средние помещения 60—70

Угловые помещения верхнего этажа 35—40

среднего и нижнего этажей 40—45

Примерный темп снижения температуры воздуха в отапливаемых помещениях при полном отключении подачи тепла в зависимости от коэффициента аккумуляции приведен в табл. 2-1.

Коэффициент аккумуляции в значительной мере зависит от объемного веса конструкций наружных ограждений, процента остекления. Применение облегченных конструкций и увеличение остекленности ведут к снижению коэффициента аккумуляции. В таких зданиях график подачи тепла на отопление должен более строго соответствовать изменению температур наружного воздуха, чем в зданиях кирпичных. Низкая аккумулирующая способность современных зданий ставит значительные ограничения в колебаниях подачи тепла по часам суток.

График подачи тепла на приточную вентиляцию должен точно соответствовать температуре наружного воздуха, так как никакой аккумуляции тепла в системах вентиляции быть не может. При постоянном количестве подаваемого приточного воздуха расход тепла на приточную вентиляцию изменяется в соответствии с перепадом температур наружного воздуха. Большинство систем приточной вентиляции в коммунальных зданиях работает в одну-две смены в соответствии с теми процессами, которые они обслуживают. Некоторые установки, например воздушные завесы, работают периодически с общей продолжительностью несколько часов в сутки.

Весьма важным вопросом при анализе графика потребления тепла на вентиляцию является его форма на интервале изменения температур наружного воздуха от расчетной для вентиляции до расчетной для отопления. Согласно нормам на этом интервале для большого количества помещений расход тепла на вентиляцию должен сохраняться постоянным за счет снижения количества подаваемого наружного воздуха. Если подача тепла для подогрева воздуха производится от общих тепловых сетей, то с этой рекомендацией трудно согласиться, так как увеличение тепловой мощности источника тепла при этом ничтожно, а соблюдение такого режима требует специально сложной и дорогостоящей аппаратуры авторегулирования.

График потребления тепла по часам суток на горячее водоснабжение крайне неравномерен. Неравномерен он и по дням недели и временам года. В рабочие дни недели график водопотребления обычно имеет ясно выраженный пик нагрузки в вечерние часы. В субботние и воскресные дни график более равномерен. Независимо от дня недели расход горячей воды в ночные часы практически отсутствует.

В качестве примера колебаний в расходе горячей воды по дням недели можно привести следующие цифры, определенные по графику, снятому в квартальном тепловом пункте, обслуживающем 499 квартир с количеством жителей 3420 чел. Отношение суточных расходов горячей воды к среднему за зимнюю неделю оказалось следующим:

В летние недели суточное потребление горячей воды обычно заметно снижается. Удельный расход тепла на горячее водоснабжение снижается значительно сильнее в соответствии с повышением температуры воды в водоемах и водопроводе. В качестве наглядного примера колебаний расхода воды по крупным системам теплоснабжения в табл. 2-2 приведены данные по Ленинграду, Ярославлю и Иваново (1960 г.).

В последние годы широкое распространение в крупных системах централизованного теплоснабжения получил график регулирования по суммарной нагрузке отопления и горячего водоснабжения. В этом графике основным определяющим фактором является отношение средней нагрузки горячего водоснабжения к максимуму нагрузки отопления. Величина максимума нагрузки горячего водоснабжения для жилого дома теперь уже может быть соразмерной с максимумом отопительной нагрузки. Так, если принять для условий Москвы жилую площадь 9 м2/чел, переводной коэффициент от жилой площади к наружному объему здания равным 6 и отопительную характеристику 0,40 ккал/(м3-ч-град), то максимум удельного расхода тепла на отопление составит 9 X 6 X Х0,40(18+26) =950 ккал/ч. Максимум расхода тепла на горячее водоснабжение при суточной норме 120Х X (65—5) =7200 ккал и коэффициенте часовой неравномерности 2,5 будет 7200-2,5/24 = 750 ккал/ч. Соотношение часовых максимумов расхода тепла на горячее водоснабжение и отопление составит 750/950 = 0,8. При увеличении нормы жилой площади до 12 мг/чел удельный расход на отопление возрастет до 1 270 ккал/ч, а соотношение максимумов расхода тепла снизится до 0,6.

В табл. 2-3 приведены тепловые нагрузки на отопление и горячее водоснабжение по некоторым типовым жилым зданиям. Расчет тепловых нагрузок горячего водоснабжения приведен при норме жилой площади 9 м2/ч.

Как видно из табл. 2-3, отношение нагрузок горячего водоснабжения и отопления не является одинаковым даже для зданий нового строительства. Здания старой постройки, конечно, имеют более высокие соотношения из-за меньших удельных расходов тепла на отопление.

Разница в соотношении нагрузок горячего водоснабжения и отопления имеет место также в силу большого колебания в удельных расходах горячей воды на одного жителя. Так, па данным замеров удельный расход горячей воды по 167 установкам горячего водоснабжения, обеспечивающим население в 342 тыс. чел., составил:

Причины этих различий еще недостаточно выяснены.

Как и величину перспективной тепловой нагрузки сети, суточный, недельный график потребления тепла, зависимость его от погоды в крупной теплоснабжающей системе нельзя рассматривать детерминированным. Зависимость этого графика от различных условий должна подробно и тщательно изучаться.

Громов Н. К. Городские теплофикационные системы. М., «Энергия», 1974