10806

А.С. Мосалёва, Д.А. Уракова, Е.М. Ульянова

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ С УЧЕТОМ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ

Расчетная мощность отопительного прибора Qот, обслуживающего помещения многоквартирных жилых домов, оборудованных системами естественной вентиляции, определяется по формуле:

где – потери теплоты через наружные ограждающие конструкции, Вт; Qвент – расход теплоты на нагрев вентиляционного воздуха; Qбыт – бытовые тепловыделения, Вт.

В соответствии с общепринятой методикой СНиП [1] Qогр следует определять суммированием потерь теплоты через отдельные ограждающие конструкции Q, Вт, по формуле:

где A – расчетная площадь ограждающей конструкции, м2; R – сопротивление теплопередаче ограждения, м2·°С/Вт; tв – температура внутреннего воздуха, °С/Вт; tнхп – температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки, °С; β – добавочные потери теплоты в долях от основных потерь; n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху.

Сопротивление теплопередаче R в соответствии с действующими методиками [2, 3] подразделяется на условное Rусл, м2·°С/Вт, и приведенное Rпр, м2·°С/Вт, которое учитывает наличие теплотехнических неоднородностей в ограждающих конструкциях.

Формула (2) принимает вид:

где Ψj – дополнительные потери теплоты через j-ю линейную теплотехническую неоднородность, Вт/(м·°С); lj – протяженность j-й линейной теплотехнической неоднородности, приведенная к одному квадратному метру наружной стены, м/м2; χk – дополнительные потери теплоты через точечные теплотехнические неоднородности, Вт/(шт.·°С); nk

170

– количество k-х теплотехнических неоднородностей, приходящихся на один квадратный метр наружной стены, шт./м2.

Авторами было проведено построение температурных полей узлов сопряжения наружных ограждающих конструкций существующего пятиэтажного четырехсекционного серийного многоквартирного жилого дома из трехслойных бетонных панелей с внутренним слоем эффективной тепловой изоляции, расположенного в климатических условиях г. Нижнего Новгорода, при толщине дополнительного наружного слоя утеплителя толщиной δут = 100 мм. Температурные поля узлов сопряжения ограждающих конструкций строились в программном комплексе Agros2D версия 3.2.0.0 [3].

Полученные данные, позволили провести расчет дополнительных потерь теплоты через линейные теплотехнические неоднородности следующих узлов сопряжения ограждающих конструкций:

-внутренний угол (Ψj = –0, 108 Вт/(м·°С);

-наружный угол (Ψj = 0,134 Вт/(м·°С);

-сопряжение оконного блока со стеной (Ψj = 0,213 Вт/(м·°С);

-сопряжение внутренней и наружной стен (Ψj = 0,014 Вт/(м·°С);

-сопряжение балконной плиты со стеной (Ψj = 0,406 Вт/(м·°С);

-сопряжение перекрытия со стеной (Ψj = 0,053 Вт/(м·°С);

-примыкание плиты перекрытия к цоколю (Ψj = 0,672 Вт/(м·°С);

-сопряжение чердачного перекрытия со стеной (Ψj = 0,077 Вт/(м·°С); По полученным данным были вычислены приведенное

сопротивление теплопередаче наружных стен здания Rпр = 1,96 м2·°С/Вт и их коэффициент теплотехнической однородности r = 0,45.

Требовалось определить допустимо ли использование при расчете требуемой тепловой мощности системы отопления среднего значения Rпр для всего здания, либо требуется учитывать сопротивление теплопередаче всей ограждающей конструкции Rпр.огр, м2·°С/Вт. С этой целью был проведен расчет мощности отопительных приборов помещений квартир, расположенных на 1, 3 и 5 этажах рассматриваемого здания, на три расчетных варианта:

1)с учетом теплотехнических неоднородностей, принимая

сопротивления теплопередаче наружных стен равными Rпр.огр, рассчитываемыми индивидуально для отдельных стен каждого помещения.

2)без учета неоднородностей;

3)с учетом теплотехнических неоднородностей, принимая

сопротивления теплопередаче наружных стен равными Rпр;

Результаты расчетов в графическом виде представлены на рисунке.

171

Рис.1. Значения Qот для жилых помещений и кухни, а также целой квартиры, расположенных на первом (a), третьем (б) и пятом (в) этажах здания:

1, 2, 3 – для первого, второго и третьего вариантов расчета

172

Расчет по первому варианту дал наибольшие потери теплоты, от 8,5 до 9,6 кВт на одну квартиру, что на 8,7…17,5 % больше тепловых потерь квартир, рассчитанных по третьему варианту и от 19,8 до 30,1 % – по сравнению со вторым вариантом. Приведенные результаты говорят о том, что отсутствие покомнатного учета теплотехнических неоднородностей приводит к искажению результатов составления теплового баланса.

Одним из последствий этого является недостаток или избыток фактической греющей поверхности отопительных приборов, что при соблюдении расчетного температурного графика тепловых сетей и параметров теплоносителя в системе отопления, может привести к перегреву одних и недогреву других помещений.

Отсутствие учета теплотехнических неоднородностей вызывает занижение потерь теплоты в отдельных помещениях до 800 Вт (53 %, 5 этаж, жилая комната № 1) и квартирах до 2,6 кВт.

Фактически комфортные температуры внутреннего воздуха в рассмотренных помещениях могут быть достигнуты только уменьшения вентиляционной доли нагрузки на систему отопления, за счет снижения периодичности проветривания помещений. В результате, недостаточный учет теплотехнической однородности ограждающих конструкций при конструировании системы отопления негативно влияет не только на тепловой, но и на воздушный режим помещений рассмотренного жилого дома.

Литература

1.СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 1997. – 72 с.

2.СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. – М.: ФАУ «ФЦС», 2012. – 95 с.

3.СП 230.1325800.2015 Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей. – М.: ФАУ «ФЦС»,

2015. – 72 с.

4.Agros2D – Application for solution of physical fields // www.agros2d.org URL: http://www.agros2d.org/down/ (дата обращения: 25.09.2018).

173

И.Р. Мусонов, Е.А. Хаустова, С.А. Паузин

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

РАЗВИТИЕ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В НИЖНЕМ НОВГОРОДЕ

Внастоящее время, в связи с постоянным ростом и развитием городов, выбор системы теплоснабжения является актуальной проблемой.

Всилу больших расстояний от теплоэлектроцентралей или котельных, некоторые потребители не имеют подвод централизованного теплоснабжения, поэтому децентрализованным потребителям необходимо иметь эффективное и надежное теплоснабжение, отвечающее современным требованиям.

Вданной работе рассмотрены основные проблемы централизованного теплоснабжения и теплофикации, и пути их решения, а именно развитие децентрализации.

Система теплоснабжения называется централизованной, если подача тепла потребителю от крупной котельной или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) осуществляется посредством прокладывания тепловых сетей.

Децентрализованной является система, в которой тепловой источник

итеплоприемник соединены малой тепловой сетью или в отсутствии сети. Проведя анализ, были выявлены основные плюсы и минусы систем

теплоснабжения. На наш взгляд преимуществами централизованной системы теплоснабжения являются:

-взрывоопасное технологическое оборудование находится вне жилых домов;

-концентрация выбросов сосредоточена непосредственно на источниках теплоснабжения;

-работа на возобновляемых энергоресурсах, мусоре и местном топливе;

-хороший коэффициент полезного действия теплоэлектроцентралей

икотельных.

Основными недостатками является следующее:

-потребитель не имеет возможности регулировать температуру поставляемого тепла;

-огромные, достигающие 80% тепловые потери, возникающие вследствие протяженности тепловых сетей;

-у потребителя отсутствует возможность использовать системы отопления в не отапливаемые периоды года;

174

Исходя из всего вышеизложенного, не совершенность системы централизованного теплоснабжения является причиной высоких тарифов на отопление.

Преимуществами децентрализованного теплоснабжения являются:

-минимизация тепловых потерь ввиду отсутствия протяженных тепловых сетей;

-отсутствие тепловых сетей позволяет существенно снизить затраты сетевой воды;

-нет необходимости в отведении специальных участков земли под котельные, теплоэлектроцентрали и тепловые сети;

-сокращение затрат на ремонт, водоподготовку, а также обслуживание оборудования;

-собственная мини котельная, при должном обслуживании, может вырабатывать тепло с общим коэффициентом полезного действия более

90%.

Недостатки децентрализованной системы теплоснабжения это, прежде всего:

-негативное влияние выбросов в атмосферу на окружающую среду;

-крышные или пристроенные котельные располагаются непосредственно вблизи жилой зоны, что увеличивает опасность для человека;

-проблемы дымоудаления (у автономной котельной высота дымовой трубы существенно ниже, чем у крупной ТЭЦ, что значительно снижает условие рассеивания);

-необходимость самостоятельного обслуживания котлов и прочего оборудования.

Проанализировав основные плюсы и минусы систем теплоснабжения можно сказать, что с экономической точки зрения, как уже было замечено, себестоимость отопления при помощи собственной системы теплоснабжения, значительно ниже его централизованного аналога.

Рассматривая системы с точки зрения эффективности, также можно отметить неоспоримое преимущество за децентрализованным теплоснабжением.

С экологической точки зрения преимущество у теплоэлектроцентралей и больших котельных, благодаря встроенным системам очистки, точечной концентрации выбросов и расположению за пределами городской черты.

Рассмотрев системы теплоснабжения на примере Нижнего Новгорода, мы имеем следующие данные:

-в городе основными являются 2 теплоэлектроцентрали: «Автозаводская ТЭЦ», и «Сормовская ТЭЦ» с общей тепловой мощностью более 2720 Гкал/ч и установленной электрической мощностью 930 МВт;

175

-порядка 435 котельных установок суммарной тепловой мощностью более 6000 Гкал/ч

-А также 2840 км тепловых сетей в однотрубном исчислении; Также в сети централизованного теплоснабжения Нижнего

Новгорода имеются существенные проблемы, основными из них являются:

-несоответствие надёжности систем теплоснабжения современным требованиям;

-старение оборудования, внутридомовых систем и трубопроводов;

-открытая система - горячее водоснабжение, поступает непосредственно из магистральной сети;

-внутридомовые системы теплоснабжения присоединены по зависимому принципу к тепловым сетям города;

-несоответствие фактического теплопотребления проектным нагрузкам;

-отсутствие автоматизации регулирования потребления тепла абонентами.

Создание мини котельной в каждом отдельном секторе является хорошей альтернативой централизации. Также эффективным является поквартирное отопление, но исходя из климатической зоны, в которой расположена Россия, необходимо отапливать все помещения, то есть при наличии поквартирного отопления целесообразно иметь и общую мини котельную для обогрева остальных помещений.

В сложившихся условиях наиболее выгодным и целесообразным решением, на наш взгляд, является развитие децентрализованного теплоснабжения, что позволит существенно снизить затраты на отопление за счет уменьшения потерь тепла на транспортировку, так как основная проблема централизованного теплоснабжения - износ тепловых сетей, главной причиной которой является наружная коррозия.

Подводя итоги, можно сказать следующее 1. Из-за малых расстояний от источника тепла до теплоприемника в

децентрализованных системах отсутствует необходимость в прокладывании протяженных теплотрасс и, как следствие, затраты на транспортировку, обслуживание и ремонт сетей значительно меньше, чем

уцентрализованного аналога.

2.Потребитель сам выбирает комфортную температуру и сроки отопительного сезона.

3.За счет высокого КПД мини котельных расход топлива значительно ниже центрального теплоснабжения.

4.Внедрение децентрализованных источников тепла дает возможность существенно сократить расход природного газа, а именно в два раза. Также децентрализованное теплоснабжение позволит в несколько раз снизить затраты на транспортировку тепла к конечному потребителю.

176

Литература

1.Каменев, П. Н. Отопление и вентиляция. Отопление / П. Н. Каменев, А. Н. Сканави, В. Н. Богословский. – М. : Стройиздат, 1975. - 483 с.

2.Пастушенко, В.П. Энергоэффективность сетей централизованного теплоснабжения / В.П. Пастушенко // Экологические системы. №12 : сб. статей. – Тула, 2008. – с 35-40.

3.Куприянов, Л. С. Децентрализованное отопление / Доклад на ХVI Международной научно-практической конференции «Альтернативная энергетика и энергоэффективные технологии». – М. : Стройиздат, 2007. – с. 19-23.

И.Г. Пищаскин, В.А. Уваров, А.О. Алилуев

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

КРЫШНЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ – БУДУЩЕЕ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ. ПЛЮСЫ И МИНУСЫ.

На сегодняшний день, во времена конкурентной экономики и постоянного роста тарифов на теплоснабжение, люди стали задумываться о переходе от централизованных систем теплоснабжения к децентрализованным.

Существует следующая классификация источников теплоты децентрализованных систем по расположению: отдельно стоящие, пристроенные и крышные. Наиболее перспективными в дальнейшем развитии являются крышные. Рассмотрим подробнее данный вид котельных.

Крышные котельные получили своё распространение 20 лет назад. Тогда ещё не было требований к данному виду котельных, следовательно, ограничения вводились на основании опытных испытаний. В настоящее время установка крышных котельных требует большой перечень разрешений и согласований, в том числе привлекаются пожарные эксперты для установления возможности привлечения крана пожаротушения.

Главным преимуществом крышных котельных является автономное и бесперебойное теплоснабжение объекта. Помимо этого, имеется ряд следующих положительных моментов:

Ввиду расположения источника теплоты в максимальной близости от потребителя, отсутствует теплотрасса, следовательно, потери при транспортировке сводятся к нулю;

централизованной котельной, нет необходимости перекрывать движение автотранспорта и демонтировать дорожное покрытие, создавая неудобства гражданам;

Отсутствует необходимость возводить под отопительные цели дополнительные здания, что в период современной экономики и постоянного роста цен на недвижимость особенно важно;

Крышная котельная, ввиду своей полной автоматизации, позволяет сэкономить на монтажных работах и дополнительных сотрудниках.

В то же время котельные данного вида имеют и свои недостатки, такие как:

из-за невысоких труб котельной, при высоком КПД котлов продукты сгорания могут оказаться в приземной зоне и при неблагоприятных условиях могут попасть в окна верхних этажей;

в крышных котельных является необязательным установка автоматики поддержания оптимальных условий горения;

нормативными требованиями не предусмотрена замена котлов, поэтому многие организации задействуют башенные краны, использующиеся при строительстве дома, чтобы поднять оборудование. Так как кран после окончания строительства демонтируется, то часто на крышу поднимают вместе с основным оборудованием запасное, которое после исхода срока службы котлов (примерно 20 лет) уже является устаревшим.

При проектировании крышных котельных не во всех случаях предусматривают ворота для замены котлов, что также является недостатком.

Рассмотрим сравнение экономических показателей крышной котельной и централизованного теплоснабжения. Для примера был выбран девяносто квартирный восемнадцатиэтажный дом. При проведении исследования средних цен на теплоснабжение определены среднегодовая стоимость тепловой энергии в отопительный период для всех квартир дома, а также общая сумма, оплачиваемая за отопление. Результаты расчета представлены в таблице 1.

Определены тепловые потоки на отопление, результаты расчёта представлены в таблице 2.

Для рассматриваемого дома потребуется котельная с установленной мощностью 468 кВт. Стоимость котельной с учетом установки и пусконаладочных работ составит 4500000 рублей. При расходе газа для данной котельной в 54 м 3 /ч и ценой газа в 5,9 руб/м3 цена топлива за отопительный период составит 1328040 рублей.

Согласно расчету, котельная окупится на 15 отопительный период. Исходя из заявленного производителем срока службы крышной котельной,

178

составляющего 20 лет, установка данной системы теплоснабжения целесообразна.

Таблица 1. Расчет оплаты за теплоснабжение при централизованной схеме

Таким образом крышные котельные помимо того, что имеют основные достоинства являются экономически эффективнее, чем централизованное теплоснабжение, но при их проектировании требуется глубокая работа по решению инженерных вопросов, а также необходимо подробно изучить климат местности.

С.В. Полусмак

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского»

г. Нижний Новгород, Россия

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Понятию «модель» придается различный смысл. Наиболее точным определением на мой взгляд является такое. Под моделью понимается

179