Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ путей энергосбережения в эксплуатируемых жилых зданиях 10
1.1. Общая характеристика развития строительства зданий массовой застройки 10
1.2. Основные факторы, влияющие на обеспечение теплового режима зданий 14
1.3. Режимы отопления зданий при централизованном теплоснабжении 25
1.4. Параметры теплового режима зданий 30
Выводы по главе 1 34
Глава 2. Вероятностные показатели возмущающих воздействий на тепловой режим зданий 36
2.1. Задачи изучения возмущающих действий 36
2.2. Вероятностно-временные показатели изменения наружных параметров воздуха 37
2.3. Влияние внутренних тепловыделений на тепловой режим 48
2.4. Выводы по главе 2 50
Глава 3. Обоснование выбора расчетных внутренних тепловых условий 52
3.1. Состояние вопроса 52
3.2. Тепловое состояние человека в помещении 55
3.3. Влажностный режим помещения при допустимом отклонении температуры внутреннего воздуха 61
Выводы по главе 3 65
Глава 4. Инженерный метод расчета температурного режима помещения 66
4.1. Анализ нестационарного теплового режима элементов помещений зданий 66
4.2. Расчет температуры помещения при изменении режем обогрев 84
4.3. Факторы теплоустойчивости зданий массовой застройки 95
4.4. Проверка адекватности инженерного метода расчета температурного режима помещения 104
4.5. Оценка погрешности существующего приближенного метода расчета охлаждения помещения 108
Выводы по главе 4 116
Глава 5. Обеспеченность теплового режима зданий массовой застройки 118
5.1. Обоснование минимальной тепловой мощности отопления зданий 118
5.2. Достижимый уровень надежности систем теплоподачи 134
5.3. Временные критерии резервирования и оперативности аварийно восстановительных работ 136
5.4. Допустимое снижение подачи теплоты на отопление 141
Выводы по главе 5 152
Основные выводы 154
Список использованной литературы 156
Приложения 169
- Основные факторы, влияющие на обеспечение теплового режима зданий
- Тепловое состояние человека в помещении
- Оценка погрешности существующего приближенного метода расчета охлаждения помещения
- Допустимое снижение подачи теплоты на отопление
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время жилой фонд городов в основном представлен типовыми многоэтажными зданиями с современными видами инженерного обустройства..
Существующие в настоящее время методы и принципы расчета отдельных элементов теплового режима зданий, локальная оптимизация их параметров по критериям минимума стоимости и материалоемкости оказываются недостаточными для обеспечения эффективного функционирования комплексов теплопо-дачи. Попытки восполнения этого пробела при эксплуатации оказываются малоэффективными вследствие невозможности учета всей совокупности факторов, влияющих на тепловой режим. Очевидна необходимость комплексного подхода к решению вопросов проектирования и эксплуатации объектов, который должен быть ориентирован на достижение конечного результата - гарантированного выдерживания санитарно-гигиенических параметров тепловой среды в помещениях зданий массовой застройки в отопительный период. Это требует разработки комплексных мероприятий, связанных с обоснованием и выбором технических и организационных решений, реализация которых позволит обеспечить необходимый тепловой режим.
Предлагаемые меры опираются на научные положения обеспеченности внутренних условий и расчета надежности тепловых сетей, которые разработаны д.т.н., профессорами В.Н. Богословским, А.А. Иониным, Ю.В. Кононови-чем. Вместе с тем требуется уточнение и развитие существующих методов обеспечения теплового комфорта для зданий массовой застройки.
Исследования явились обобщением и продолжением опыта жилищного строительства в г. Нижнем Новгороде, в котором автор принимал активное участие. Одновременно они являются составной частью НТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» на 2000+2003 годы, тема «Повышение энергоэкономической эффективности реконструируемых зданий массовой застройки на основе совершенствования методов их эксплуатации» (№ Г.Р. 01200107235).
Целью исследования является разработка научно-методических решений по выявлению закономерностей динамики теплового режима эксплуатируемых жилых зданий массовой застройки в отопительный период для гарантированного обеспечения нормируемых температурных условий в помещениях при минимуме энергозатрат.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи по обоснованию комплексных мероприятий по обеспечению теплового режима эксплуатируемых жилых зданий массовой застройки: уточнить методический подход и разработать меры, направленные на поддержание теплового комфорта в жилых зданиях массовой застройки с учетом их специфических конструктивных и теплофизических характеристик; выявить количественные характеристики отклонения теплового режима зданий от расчетных в зависимости от продолжительности стояния температур наружного воздуха в трех диапазонах, соответствующих основным реЖицаы В6ИНДЗ&ОД%| уточнить
I БИБЛИОТЕКА {
математическую модель теплообмена человека в помещении при разных видах деятельности и степени утепленности одежды для выявления комфортных и дискомфортных тепловых условий; разработать инженерные методы расчета по оценке влияния на тепловые условия: ограждений, нагревательных приборов, возможных единовременных воздействий наружного климата, интенсивности теплоподачи в помещения; обосновать минимальную производительность систем отопления, при которой можно ожидать критического состояния теплового режима здания или неизбежности чрезвычайных ситуаций.
Научная новизна работы заключается в обосновании комплексных мероприятий по выявлению энергозатрат в характерных помещениях эксплуатируемых зданий массовой застройки с различными конструктивными и тепло-физическими характеристиками наружных ограждающих конструкций; в анализе и получении количественных характеристик температурного режима помещений для трех диапазонов регулирования централизованного теплоснабжения; в уточнении математической модели теплообмена человека в жилом помещении при авариях систем теплоснабжения; в количественной оценке моделей расчетных ситуаций и возможных погрешностей при различных воздействиях наружного климата; в обосновании минимальной теплопроизводительно-сти систем отопления для избежания чрезвычайных тепловых ситуаций.
Практическое значение работы представляют: комплексные мероприятия по обеспечению теплового режима эксплуатируемых жилых зданий массовой застройки с пониженными теплотехническими характеристиками; расчетные количественные характеристики охлаждения и нагревания помещений при изменении теплоподачи на отопление в трех диапазонах основных режимов централизованного теплоснабжения; научное обоснование минимальной тепло-производительности систем отопления жилых зданий массовой застройки, предотвращающей критическое понижение температурного режима в помещениях.
Реализация результатов исследований, предназначенных для практики реконструкции, эксплуатации, наладки и управления систем теплоподачи, проводилась под руководством автора на объектах домостроительного комбината № 1 и непосредственно в жилых зданиях по заданию администрации г. Нижнего Новгорода. Подготовлены и переданы администрации города предложения по совершенствованию энергосбережения в жилых домах. Они являются основой по разрабатываемым территориальным строительным нормам по проектированию, строительству, эксплуатации и наладке систем централизованного теплоснабжения.
Апробация работы. Основные результаты докладывались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ННГАСУ «Строительный комплекс» (1998г.), «Архитектура и строительство» (2001, 2002, 2003 гг.); на международных конференциях: «Великие реки» (г. Нижний Новгород,1 2002, 2003гг.); «Проблемы строительного комплекса России»( г. Уфа, 2003 г.); «Строительство - 2003» (г. Ростов-на-Дону, 2003 г.).
На защиту выносятся следующие научные результаты: методика выбора допустимого—гепловего режима эксплуатируемых зданий массовой застройки при пониженных теплотехнических характеристиках наружных ограждений;
уточненные количественные характеристики процессов, отклоняющих тепловой режим зданий от расчетных (продолжительность стояния температуры наружного воздуха, интенсивность солнечной радиации, скорость ветра, интенсивность внутренних тепловыделений); нормирование внутреннего теплового режима в холодный период года, соответствующее градациям тепловых условий - комфортные, с пониженным уровнем комфортности, с допустимым температурным режимом при ограниченном времени пребывания; количественная оценка моделей расчетных ситуаций с обоснованием возможных погрешностей расчета; количественная оценка минимальной относительной теплопроизводи-тельности систем отопления, при которой возможно возникновение критического состояния теплового режима здания или неизбежны чрезвычайные ситуации.
Публикации. Основные положения проведенной работы изложены в 14 научных публикациях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы из 146 наименований. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста и включает 31 рисунок и 25 страниц приложений.
Основные факторы, влияющие на обеспечение теплового режима зданий
Разработка основ выбора соответствующих проектных и эксплуатационных мероприятий с учетом совокупности конкретных условий связано с развитием теории обеспеченности теплового режима здания [45]. Микроклимат помещений формируется под влиянием сложных тепловых, аэродинамических и массообменных процессов, происходящих в здании и его системах, которЕле тесно взаимосвязаны друг с другом и обычно представляются как единые тепловой и воздушный режимы здания.
Под обеспечением ТЄЕІЛОВОГО режима здания будем понимать гарантированное (с заданной степенью вероятности) выдерживание заданных тепловых условий в его помещениях в холодный период года при рациональном характере затрат всех видов ресурсов на эти цели.
Под заданными тепловыми условиями, создаваемыми пассивными (ограждающие конструкции) и активными (системы кондиционирования воздуха) системами кондиционирования микроклимата [9], будем понимать изменения во времени температуры помещения в пределах, соответствующих оптимальному тепловому состоянию человека с допустимыми разовыми отклонениями, параметры которых определяются с учетом допустимого теплового состояния человека, длительное время находящегося в помещении. Выдерживание заданных тепловых условий при возможных эксплуатационных ситуациях является критерием для обоснования необходимости разработки соответствующих мер и оценки их эффективности.
Реализация гарантированного обеспечения заданных внутренних условий, в частности, предполагает: выявление событий (эксплуатационных ситуаций), появление которых возможно с вероятностью, учитываемой в отечественной практике строительного проектирования, 1 раз в 50 лет; определение количественных характеристик таких событий; разработку методов расчета реакции помещения на соответствующие возмущающие воздействия. Таким образом, эффективность функционирования сложных систем является гарантией обеспеченности заданных параметров тепловой среды.
На первом этапе исследования условий, обеспечивающих заданный тепловой режим зданий массовой застройки, представим процесс формирования теплового режима здания в виде сложной системы и ее окружающей среды (рис. 1.1) [45]. Такая система включает объекты (подсистемы) различной природы, которые по своей сложности и свойствам являются системами, отношения между ними определяются их функциональной ролью.
Качественная сторона влияния систем кондиционирования микроклимата (СКМ) на формирование тепловых условий в помещениях зданий массовой застройки достаточно известна. Натурные наблюдения свидетельствуют об относительной стабильности температуры воздуха в помещениях при изменении в определенных пределах режима теплоотдачи на отопление здания, что обусловливается ответным изменением величины воздухообмена. Системы вытяжной вентиляции с естественным побуждением через вентиляционные каналы не препятствуют как увеличению аэрации помещений при открывании окон, балконных дверей, так и ее уменьшению при дополнительной герметизации притворов этих ограждений [22,52,53,79,103,130].
Однако установить количественные закономерности этого явления на основе натурных испытаний не представляется возможным из-за отсутствия средств измерения, главным образом, воздушного режима помещения. Поэтому для его исследования воспользуемся методом математического моделирования.
Рассмотрим стационарные тепловые состояния помещения, которые при одинаковой температуре наружного воздуха tH и величине бытовых теплопоступлепий Qr, отличаются следующими условиями. В первом случае теплоподача на отопление равна Q0, и, компенсируя тсплонотери через ограждающие конструкции и на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха в объеме L, соответствующем удельному нормативному расходу [90], поддерживает комфортную температуру воздуха в помещении tB; во втором - теплоотдача на отопление QO QQJ объем инфильтрующего воздуха Lj L, а соответствующая температура внутреннего воздуха может принимать любые значения: tBi = tB±AtB (AtB 0).
Запишем уравнение теплового баланса помещения для указанных условий: Qo-dKF + LcpKtg -QB- (1-І)
Взаимосвязь между теплоотдачей и воздухообменом удобно представить в относительных величинах: Q0 = Qoi/ Qo н L = Lj/L. Отпуская промежуточные преобразования и обозначив A=XKF/Lcp, B=Q0/Lcp и u = tBH получим для QQ 1
Для случая Q0 1 в (1.3) знак «плюс» перед AtB заменяется на «минус».
Для определения количественной взаимосвязи между величинами Q0 и L примем, согласно проведенного анализа теплотехнических характеристик зданий [45], безразмерную величину А для углового и среднего помещений, расположенных на нижнем этаже здания, равной соответственно 1,6 и 0,9. Безразмерная величина В не зависит от расположения помещения в здании и расчетных наружных условий; ее численное значение равно удельной величине бытовых тепловыделений. Примем минимальное значение этой величины [87], т.е. В = 15.
Эксплуатационные отклонения величины воздухообмена в помещениях современными нормами не регламентируются. В гигиеническом плане его увеличение является желательным [107]. По опытным данным в холодный период года величина L оценивается в 1,5 раза, в переходный период - до 2,5 раз. Вместе с тем при возникновении дефицита теплоты в холодный период можно ожидать ее снижения за счет более тщательной герметизации притворов световых проемов примерно до 0,8 [45].
Возможности стабилизации температурных условий в помещениях за счет изменения воздухообмена иллюстрируют данные таблицы 1.1, полученные расчетом но (1.3) [45]. В переходные периоды отопления (і)=15С) за счет увеличения аэрации помещений компенсируется избыточная теплоотдача на отопление, которая минимум в 2...3 раза превышает требуемую. При этом tB может повыситься всего на 1С. Весьма широки и возможности стабилизации температуры в холодный период (и=30С). Например, при L = l,5 завышение теплоподачи на отопление на 25...35% не изменяет значение tB, т.е. поддержание нормальной температуры внутреннего воздуха при повышенном теплообмене (L = l,5) обходится перерасходом теплоты на отопление в размере 25...35 %.
Тепловое состояние человека в помещении
Расчет теплообмена в помещении является сложной задачей, несмотря на принимаемые допущения. При отсутствии струйного теплообмена, предполагаемой изотермичности поверхностей каждого из ограждении и равенству tB в объеме помещения температура і-го ограждения tj определяется из совместного решения системы уравнений поверхностей и воздуха помещений [9]:(3.4)
Решение системы (3.4) получают на ЭВМ или с помощью моделирующих устройств, основанных на методе электротепловой аналогии. Далее определяют температуру помещения и усредненную (радиационную) температуру поверхностей:
Таким образом, получено решение ряда частных задач [10].
Для уточнения общей задачи инженерного метода расчета теплообмена в помещении профессором Ю.В. Кононовичем [45] модель теплообмена представлена следующим образом (рис. 3.2). Совокупность внутренних поверхностей ограждений помещения рассматривается как единая охлаждаемая изотермическая поверхность, имеющая температуру tR и площадь р0. Плотность теплового потока qt=Qn/F0- Общий тепловой баланс такой модели адекватен реальному помещению:
Количество падающей на поверхность 1 лучистой энергии можно записать: Воспользуемся понятием условной температуры внутреннего воздуха, при которой конвективный тепловой поток на поверхности 1 при осреднениом коэффициенте конвективного теплообмена для поверхностей помещения ак будет равен тепловому потоку при совместном конвективном и лучистом теплообмене, и температура tR остается неизменной. Из этого положения следует:
Правая часть (3.9) численно равна QH и представляет собой другой вид записи, выраженный через эквивалентный конвективный теплообмен в помещении.
С учетом полученных зависимостей уравнение теплового баланса для воздуха помещения можно записать следующим образом:
Анализ (3.13) и (3.14) показывает, что при прочих равных условиях радиационная температура изменяется наиболее существенно при панелыю-лучистом отоплении. Такой результат логически не противоречив, поскольку при различных условиях тепловая мощность греющей панели снижается; одновременно уменьшается и интенсивность лучистого теплового потока, повышающего температуру поверхности в помещении.
Параметры теплового состояния человека в условиях комфорта и дискомфорта по холоду в соответствии с классификацией [48], являющейся наиболее полной из существующих [46], приведены в таблице 3.1. В таблице не приведены показатели III степени дискомфорта, характеризуемые дефицитом теплоты 419...838 кДж и теилоощущением «очень холодно». Также видно, что понижение ректальной температуры тела в среднем на 1,2С явилось основанием ограничения времени нахождения человека в таких условиях. Поэтому правомерно считать понижение температуры тела на 1,2С критерием допустимого теплового состояния человека.
Теплопродукция человека практически не изменяется по сравнению с комфортным состоянием, поскольку терморегуляция обеспечивается в основном за счет изменения интенсивности кровотока в тканях. Суммарные теплопотери человека испарением (испарение пота, диффузия через кожу водяных паров, дыхание), соответствующие его тепловому состоянию составляют: при комфортном состоянии 0,21...0,29, при допустимом -0,16...0,20 [93]. Поэтому для дальнейших расчетов примем расчетные теплопотери испарением в размере 0,25 и 0,18 QM соответственно для условий комфортного и допустимого состояния человека. Пределы термического сопротивления тканей организма ограничиваются величинами
Определим температуру помещения при которой для различно одетых людей тепловое равновесие может поддерживаться без напряжения механизмов терморегуляции (tni) и ПРИ умеренном напряжении (trn)-Последняя рассматривается как граничная теплового состояния. Подставив в (3.15) значения К и RT, соответствующие комфортному и допустимому тепловому состояниям при расчетной величине теплопродукции 70 Вт/м , получим:
Результаты расчета по этим формулам приведешь в таблице 3.2. Сопоставим эти данные с данными массового опроса жителей при обследовании тепловых условий в жилых домах [8]. Дома оборудованы системами отопления конвективного типа (радиаторы, конвекторы). Нами совместно с представителями ЖКХ г. Н.Новгорода был проведен опрос жителей по комфортности проживания при tH = -15...-20С. Результаты приведены на рисунке 3.3. Из анализа рисунка 3.3 следует, что основная масса жителей (более 50%) считает комфортной tB=20...26C в утренние часы и te =20...24С - в вечерние. Вместе с тем, вне зависимости от времени суток более 50% жителей оценивают тепловые условия в помещении при tB= 17С как «прохладно».
Отметим совпадение температуры tni ( ПРИ нормальной утепленности одежды) с расчетной, соответствующей I условию комфортности [9]. 3.3. Влажностный режим помещения при допустимом отклонении температуры внутреннего воздуха
Представляет практический интерес оценка опасности конденсации водяных паров на охлаждаемых поверхностях в помещении при понижении температуры внутреннего воздуха в наиболее холодный период года.
Влагосодержание внутреннего воздуха в зависимости от плотности влаговыделений в помещении W, г/(м ч) и относительной величины фактического воздухообмена L определим по формуле (по отношению к нормативному, равному 3 м /м ч) [94]:
При этом некоторые бытовые процессы сопровождаются одновременным выделением большого количества теплоты и влаги (например, приготовление пищи) которые, в основном удаляются из квартиры проветриванием. При определении величины W будем исходить из следующих соображений. Наиболее стабильным источником тепловыделений является человек, влаговыделеиия которого составляет от 40 г/ч (в состоянии покоя), до 90 г/ч (при легкой работе). В расчет примем среднюю величину 65 г/ч. Для учета других источников введем повышающий коэффициент 1,4. Примем среднюю норму обеспеченности жилой площади -9м /чел. Тогда расчетная плотность влаговыделений составит 65-1,4/9= 10г/(ч-м2).
В качестве исходных данных примем так же, что влагосодержание наружного воздуха соответствует его фн = 80%, а температуры внутреннего воздуха равны: 15С (соответствует tn = 13,5С), которая может иметь место достаточно длительное время, и 10С, которая является практически наименьшей из кратковременного допустимых. Для анализа воспользуемся I-d-диаграммой влажного воздуха. Результаты расчетных исследований приведены в таблице 3.3 .
Из анализа данных таблицы 3.3 следует, что при минимальном уровне теплозащиты наружных ограждений зданий, сооружаемых в районах с tH -15C, сопровождаемом уменьшением воздухообмена, возможна конденсация водяных паров на поверхности этих ограждений. Однако при понижении tB до 12С конденсация маловероятна.
В районах строительства с более суровыми расчетными условиями такое явление практически исключается. Это положение не распространяется на лучепрозрачные ограждения. Вместе с тем при оценке допустимости конденсации следует учитывать разность и кратковременность события, заключающегося в понижении {в до 10 С. Из таблицы видно, что при понижении to Д 15С температура точки росы оказывается ниже ее на 13... 15С, что исключает конденсацию даже в местах теплопроводных включений. Полученные результаты могут быть распространены на достаточно широкий круг климатических условий.
Оценка погрешности существующего приближенного метода расчета охлаждения помещения
Широко используемый (из-за отсутствия иного) метод расчета охлаждения помещений при нарушении режима отопления с помощью формулы (4.1) является приближенным даже для зданий, для которых определен (эмпирическим путем) коэффициент аккумуляции [66]. Однако погрешность расчета для различных условий остается невыясненной. Выполнение этой проблемы представляется практически необходимой, поскольку расчет обосновывает принципиальные и организационные решения, направленные на обеспечение теплового режима зданий. На основе проведенных выше исследований появляется возможность вскрыть основные факторы и причины, обусловливающие приближенность этого метода расчета, дать количественную погрешность получаемого результата и на этой основе определить область использования приближенного метода с приемлемой для инженерной практики точностью.
При приведении такого анализа величину эмпирического коэффициента аккумуляции, используемого в формуле (4.1), обозначим р , чтобы отличить ее от величины показателя теплоустойчивости помещения Р, которая определяется аналитически по формуле (4.36), отражающей условия охлаждения помещения. Формулу (4.1) можно записать в другом виде, более удобном для последующего анализа. Принимая во внимание, что: 1 в =tB.o uB(z)=tB(Z)- ін.усл ив.о = в.о їн.усл получим: DB(Z) = uB.0e-Z/p . (4.47)
Исходная формула (4.1) не учитывает влияния отопительного устройства и условий внутреннего теплообмена в помещениях на ход процесса повышения температуры внутреннего воздуха при нарушении отопления.
Первое обстоятельство указывает на ограничение области использования расчета условиями применения нетеплоемких нагревательных приборов, к которым практически относятся конвекторы. Вместе с тем расчетная зависимость используется для оценки теплового режима любых зданий массового строительства.
Представляется целесообразным оценить величину погрешности расчета по формуле (4.1.) или, что то же (4.47), с учетом всех факторов. При этом за действительное (точное) отклонение температуры примем величину UBO-DB(Z), где DB(Z) подсчитывается по (4.36). Тогда относительную погрешность рассчитанной по приближенному методу величины отклонения температуры (иво - uB(Z)), выраженную в процентах, определим так:
Величина погрешности положительна в случае, если приближенный расчет дает меньше понижение температуры, чем действительное, а отрицательна - если при приближенном расчете температуры оказывается ниже действительной.
Подставив в (4.48) значения соответствующие величин из формул (4.36) и (4.47), приняв А=1/(1-рт) и проведя промежуточные преобразования, получим расчетную зависимость для вычисления величины относительной погрешности:
В таблице 4.12 приведены результаты расчетов по формуле (4.49) при условии Р = Р и разных способах обогрева помещений зданий массового строительства, характеризуемых темпом остывания нагревательных приборов m и коэффициентом, учитывающим особенности теплообмена в помещении Kt Приняты к рассмотрению следующие типы обофевательных устройств: конвекторы (т- оо), чугунные радиаторы (т=1 ч"1) и греющая панель, размещенная в плите перекрытия (т=0,35 ч"1). Как видно из таблицы 4.12, погрешность существенно зависит от продолжительности процесса охлаждения (Z0XJ1) и имеет разный знак. Такой характер изменения величины погрешности иллюстрируют графики, приведенные на рисунках 4.11 и 4.12.
Данные таблицы 4.12 удобно представить в обобщенном виде в зависимости от критерия Fo (рис. 4.13). Видно, что величина погрешности расчета по приближенной формуле (4.47), является наибольшей для условий безинерционного отопительного устройства. Для указанных условий относительная погрешность не более 5 % обеспечивается только по прошествии достаточно длительного времени, соответствующего Fo 1 0.
Погрешность не более 10%, которая, очевидно, является предельной для инженерной практики, достигается при FQ 0,588. Учитывая действительные показатели теплоустойчивости помещений рассматриваемых зданий, которые находятся в пределах 45...80 ч, такая погрешность обеспечивается при условии Z0XJI более 26 ч и 46 ч соответственно. Однако наибольший практический интерес для обеспечения необходимых тепловых условий в помещениях представляет продолжительность охлаждения в пределах примерно от 10 до 50 ч и более. Крайним значением этого временного интервала соответствуют числа Fo от 0,125...0,22 до 0,625... 1,1 и более, определенные при р, равном 80 и 45 ч. Как видно из рисунка 4.13 (кривая 1), приближенный расчет понижения температуры воздуха при этих значениях F0 Дает относительную погрешность от 60...33% до 8...4,5%. Таким образом, хотя в целом величина 8 уменьшается с ростом времени охлаждения, но остается большей при более высоком значении р. Так 5 20% достигается при Z0XJI не менее 15 ч (при Р=45 ч) и 27 ч (при (3=80 ч).
При равных прочих условиях погрешность приближенного расчета несколько снижается для случаев применения теплоемких отопительных устройств (кривые 2 и 3). Однако такое явление для оцениваемого метода расчета случайно. Как видно при большой теплоемкости устройства (греющая панель в плите перекрытия) действительное понижение температуры в помещении меньше, чем это следовало бы из приближенного расчета (величина погрешности отрицательная). При этом характер зависимости величины 5 от продолжительности охлаждения примерно такой же, как и рассмотренный выше.
Оценим эффективность используемого в инженерной практике приема, состоящего в принятии при расчете по формуле (4.47) величины р =30...40 ч для повышения надежности (запаса) расчета. За базу сравнения примем данные расчета по формуле (4.36) при действительных значениях р. Анализ проведем при сопоставимых условиях, т.е. при оборудовании помещения нетеплоемкими нагревательными приборами (т-»оо) преимущественно конвективной теплоотдачи (Kt=0 92 . Рассмотрим также продолжительность процесса охлаждения от 10 до 50 ч, что представляет наибольший практический интерес. Возникающая при этом относительная погрешность, определенная по (4.49), показана в таблице 4.13. Для удобства анализа эти данные представлены в зависимости от чисел FQ на рисунке 4.14.
Целесообразность такого приема весьма ограничена: погрешность в пределах до - 10% достигается при принятии р =30 ч вместо Р=40 ч и Р =40 ч вместо (3=50 ч. Другие искусственные подмены сопровождаются возрастанием погрешности. Следует также отметить заметную изменчивость величины р на отрезке времени, обычно рассматриваемом при решении задач, связанных с обеспечением теплового режима зданий.
Допустимое снижение подачи теплоты на отопление
При переводе тепловой сети на лимитированный режим теплоснабжения величина подачи теплоты на отопление должна обеспечивать допустимое отклонение температуры внутреннего воздуха AtB(ZBoc) в представительном помещении обслуживаемого здания за время восстановления работоспособность ZB0C трубопровода тепловой сети.
Показателем допустимого снижения теплоты является коэффициент Кл, т.е. QQ011 = Кл Qo.p- Величина Кл является исходной для определения соответствующего коэффициента расхода теплоносителя Kw, с учетом которого проводится расчет транспортного резерва городских тепловых сетей по методике [41].
Для расчета отклонения температуры воздуха в помещении воспользуемся формулой (5.14), которая применительна к рассматриваемым условиям запишем следующим образом:
Согласно СНиП [91] устройство секционирующих задвижек на водяных тепловых сетях Dy 100 мм предусматривается, как правило, на расстоянии не более 1,0 км; для трубопроводов Dy 600 мм предусматривается его увеличение до 3,0 км. Как следует из таблицы 1.З., среднее время восстановления поврежденного участка сети из труб различного диаметра по данным [41] и рассчитанное по формуле (1.10) при расстоянии между секционирующими задвижками (для Dy 600 мм) равном 2 км, практически совпадают. Поэтому целесообразно учесть зависимость ZB0C от диаметров труб, приведенную в таблице 5.7.
Результаты расчета коэффициента Кл по формуле (5.22) представлены в таблице 5.8. Параметры К{ и m для конвективного и панельно-лучистого отопления приведены выше.
Для удобства анализа полученных данных представим их графически (рис. 5.5, 5.6). Видно, что при одинаковых числах Fo значения Кл уменьшаются с повышением температуры наружного воздуха. При этом темп уменьшения значения Кл при теплоемком панельно-лучистом отоплении больше, чем в случае обогрева металлическими нагревательными приборами. Надежность тепловых сетей регламентируется СНиП [91] в зависимости от температуры наружного воздуха двумя показателями: минимальные диаметры трубопроводов секционированных участков тепловой сети подземной прокладки (бесканальной и в проходных каналах), отказ которых требует резервной подачи теплоты. Присоединенным к ним потребителям; величина допустимого при этом снижения подачи теплоты (в % от расчетной потребности). Резервирование подачи теплоты по тепловым сетям, прокладываемым надземно и в тоннелях согласно СНиП [91], предусматривать не следует. Вместе с тем нормирована продолжительность спуска воды из одного трубопровода секционированного участка: при Dy =350...500 мм - не более 4 ч. и Dy 600 м - не более 5 ч. Выполнение этого требования обеспечивается соответствующим подбором диаметров спускных устройств. Заполнение водой участка должно осуществляться в те же сроки. Таким образом, для труб больших диаметров только на эти операции аварийного ремонта затрачивается до 8... 10 ч. С учетом этого оценим среднее время отключения для ремонта секционированного участка открыто проложенного трубопровода в зависимости от его диаметра: D, мм...600 800 1000 1200 1400 ZBOC,4...10 12 14 17 20
На основании полученных выше временных критериев резервирования Zn и коэффициента резервной подачи теплоты Кл представляется возможным оценить оптимальность принятых рекомендаций с точки зрения обеспеченности теплового режима зданий.
При определении диаметров труб, отказ которых вызывает необходимость резервной подачи теплоты, значения Zn определяем по рисунку 5.4 а), б).
При условии ZB0C=Zn найдем диаметры труб в зависимости от способа прокладки: по данным таблицы 5.7 для труднодоступной подземной прокладки (способ 1); в соответствии с приведенным выше рядом значений D и ZB0C для труб надземной прокладки и в тоннелях (способ 2).
Определенные таким образом минимальные диаметры трубопроводов для разных условий строительства, а также нормируемые СНиП [91], приведены в таблице 5.9.
Анализ данных таблицы 5.9 показывает, что необходимость резервной подачи теплоты по тепловым сетям подземной прокладки, регламентируемая СНиП [91], и требуемая для обеспечения заданных тепловых условий, совпадают для условий строительства зданий с минимально необходимой теплозащитой наружных стен (RQP) И обогреваемых радиаторами и конвекторами. Вместе с тем и открыто проложенные трубопроводы больших диаметров требуют резервирования в районах строительства с низкими температурами наружного воздуха: например, при tHp=-40C...-50C должны резервироваться трубопроводы D 600мм.
Существенное влияние на увеличение диаметров труб оказывает повышение теплозащиты зданий (RQK) и применение теплоемких греющих панелей для отопления. За счет первого фактора обеспечивается существенное временное резервирование при относительно высоких температурах наружного воздуха (-20С и выше); за счет второго фактора такой эффект распространяется на весь диапазон рассматриваемых температур (-10С...-50С). При сочетании обоих факторов в районах строительства с расчетной температурой - 10С резервная подача теплоты по тепловым сетям не требуется, а при - 20С и - 30С она необходима только для диаметров 1200 и 1000 мм и более. При этих наружных условиях СНиП рекомендует резервирование, начиная с D соответственно 700, 600 и 500 мм. Существенно, что и при температурах -40С и -50С резервирование необходимо, начиная с 700 и 600 мм (по СНиП с 400 и 300 мм). В тепловых сетях открытой прокладки требуют резервирования только трубы D 1200 мм и при расчетной температуре - 50С, в то время как при минимальной теплозащите зданий и при обогреве радиаторами и конвекторами такие же меры необходимы при расчетной температуре - 20С.
Допустимое снижение теплоподачи на отопление при переходе тепловой сети на лимитированный режим теплоснабжения характеризуется коэффициентом Кл, который определяется по рисункам 5.5 и 5.6 при соответствующих значениях Fon =ZBOC / [5. Приняв значения ZB0C и Р по таблицам 5.7 и 5.5, получим расчетные значения Fon для различных
Так как условная расчетная температура наружного воздуха, учитываемая при определении Кл, на 5С выше расчетной для проектирования отопления tHn (см. выше), то при пользовании графиками 5.5 и 5.6 следует принимать промежуточное их соответствующих значений. Для зданий массовой застройки с минимально необходимым сопротивлением теплопередаче наружных стен и при разных способах их нафева значения Кл в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха для проектирования отопления tHp представлены в таблице 5.11. Там же приведены и нормированные СНиП [91] значения этого коэффициента.
Рассмотрение данных таблицы 5.11 показывает, что нормируемые СНиП значения Кл превышают требуемые для обеспечения необходимого теплового режима зданий во всем диапазоне рассмотренных условий. Особенно существенно такое превышение для трубопроводов D 800 мм при разных расчетных температурах наружного воздуха. При применении панельного отопления эти различия еще более значительны. Это указывает на возможность экономии металла на транспортное резервирование тепловых сетей. При значениях Кл по СНиП (К") и требуемого (Kjp) экономия металла на резервирование можно приближенно определить следующим образом [41]:
Такую оценку проведем для условий радиаторного отопления зданий с теплозащитой наружных стен, соответствующих RJP (табл. 5.12).
Более точное определение величины экономии металла для рассмотренных условий, а также ее определение для других условий (применение панельного отопления, повышение теплозащиты зданий и сочетание этих факторов), при которых ожидаемый априори еще более значителен, возможен только на основе сравнения вариантов при проектировании конкретных объектов.
