Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания по объему: расчет часовых и годовых показателей

Содержание

расчет часовых и годовых показателей

На чтение 8 мин Просмотров 2.2к. Опубликовано Обновлено

Как оптимизировать затраты на отопление? Эта задача решается только комплексным подходом, учитывающим все параметры системы, здания и климатические особенности региона. При этом важнейшей составляющей является тепловая нагрузка на отопление: расчет часовых и годовых показателей входят в систему вычислений КПД системы.

Зачем нужно знать этот параметр

Распределение тепловых потерь в доме

Что же представляет собой расчет тепловой нагрузки на отопление? Он определяет оптимальное количество тепловой энергии для каждого помещения и здания в целом. Переменными величинами являются мощность отопительного оборудования – котла, радиаторов и трубопроводов. Также учитываются тепловые потери дома.

В идеале тепловая мощность отопительной системы должна компенсировать все тепловые потери и при этом поддерживать комфортный уровень температуры. Поэтому прежде чем выполнить расчет годовой нагрузки на отопление, нужно определиться с основными факторами, влияющими на нее:

  • Характеристика конструктивных элементов дома. Наружные стены, окна, двери, вентиляционная система сказываются на уровне тепловых потерь;
  • Размеры дома. Логично предположить, что чем больше помещение – тем интенсивнее должна работать система отопления. Немаловажным фактором при этом является не только общий объем каждой комнаты, но и площадь наружных стен и оконных конструкций;
  • Климат в регионе. При относительно небольших снижениях температуры на улице нужно малое количество энергии для компенсации тепловых потерь. Т.е. максимальная часовая нагрузка на отопление напрямую зависит от степени снижения температуры в определенный период времени и среднегодовое значение для отопительного сезона.

Учитывая эти факторы составляется оптимальный тепловой режим работы системы отопления. Резюмируя все вышесказанное можно сказать, что определение тепловой нагрузки на отопление необходимо для уменьшения расхода энергоносителя и соблюдения оптимального уровня нагрева в помещениях дома.

Для расчета оптимальной нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно знать точный объем здания. Важно помнить, что эта методика разрабатывалась для больших сооружений, поэтому погрешность вычислений будет велика.

Выбор методики расчета

Санитарно-эпидемиологические требования для жилых домов

Перед тем, как выполнить расчет нагрузки на отопление по укрупненным показателям или с более высокой точностью необходимо узнать рекомендуемые температурные режимы для жилого здания.

Во время расчета характеристик отопления нужно руководствоваться нормами СанПиН 2.1.2.2645-10. Исходя из данных таблицы, в каждой комнате дома необходимо обеспечить оптимальный температурный режим работы отопления.

Методики, по которым осуществляется расчет часовой нагрузки на отопление, могут иметь различную степень точности. В некоторых случаях рекомендуется использовать достаточно сложные вычисления, в результате чего погрешность будет минимальна. Если же оптимизация затрат на энергоносители не является приоритетной задачей при проектировании отопления – можно применять менее точные схемы.

Во время расчета почасовой нагрузки на отопление нужно учитывать суточную смену уличной температуры. Для улучшения точности вычисления нужно знать технические характеристики здания.

Простые способы вычисления тепловой нагрузки

Любой расчет тепловой нагрузки нужен для оптимизации параметров системы отопления или улучшения теплоизоляционных характеристик дома. После его выполнения выбираются определенные способы регулирования тепловой нагрузки отопления. Рассмотрим нетрудоемкие методики вычисления этого параметра системы отопления.

Зависимость мощности отопления от площади

Таблица поправочных коэффициентов для различных климатических зон России

Для дома со стандартными размерами комнат, высотой потолков и хорошей теплоизоляцией можно применить известное соотношение площади помещения к требуемой тепловой мощности. В таком случае на 10 м² потребуется генерировать 1 кВт тепла. К полученному результату нужно применить поправочный коэффициент, зависящий от климатической зоны.

Предположим, что дом находится в Московской области. Его общая площадь составлять 150 м². В таком случае часовая тепловая нагрузка на отопление будет равна:

15*1=15 кВт/час

Главным недостатком этого метода является большая погрешность. Расчет не учитывает изменение погодных факторов, а также особенности здания – сопротивление теплопередачи стен, окон. Поэтому на практике его использовать не рекомендуется.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания

Укрупненный расчет нагрузки на отопление характеризуется более точными результатами. Изначально он применялся для предварительного расчета этого параметра при невозможности определить точные характеристики здания. Общая формула для определения тепловой нагрузки на отопление представлена ниже:

Где — удельная тепловая характеристика строения. Значения нужно брать из соответствующей таблицы, а – поправочный коэффициент, о котором говорилось выше,  – наружный объем строения, м³, Tвн и Tнро – значения температуры внутри дома и на улице.

Таблица удельных тепловых характеристик зданий

Предположим, что необходимо рассчитать максимальную часовую нагрузку на отопление в доме с объемом по наружным стенам 480 м³ (площадь 160 м², двухэтажный дом). В этом случае тепловая характеристика будет равна 0,49 Вт/м³*С. Поправочный коэффициент а = 1 (для Московской области). Оптимальная температура внутри жилого помещения (Твн ) должна составлять +22°С. Температура на улице при этом будет равна -15°С. Воспользуемся формулой для расчета часовой нагрузки на отопление:

Q=0.49*1*480(22+15)= 9,408 кВт

По сравнению с предыдущим расчетом полученная величина меньше. Однако она учитывает важные факторы – температуру внутри помещения, на улице, общий объем здания. Подобные вычисления можно сделать для каждой комнаты. Методика расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям дает возможность определить оптимальную мощность для каждого радиатора в отдельно взятом помещении. Для более точного вычисления нужно знать среднетемпературные значения для конкретного региона.

Такой метод расчета можно применять для вычисления часовой тепловой нагрузки на отопление. Но полученные результаты не дадут оптимально точную величину тепловых потерь здания.

Точные расчеты тепловой нагрузки

Значение теплопроводности и сопротивление теплопередачи для строительных материалов

Но все же этот расчет оптимальной тепловой нагрузки на отопление не дает требуемую точность вычисления. Он не учитывает важнейший параметр – характеристики здания. Главной из них является сопротивление теплопередачи материал изготовления отдельных элементов дома – стен, окон, потолка и пола. Именно они определяют степень сохранения тепловой энергии, полученной от теплоносителя системы отопления.

Что же такое сопротивление теплопередачи (R)? Это величина, обратная теплопроводности (λ) – возможности структуры материала передавать тепловую энергию. Т.е. чем больше значение теплопроводности – тем выше тепловые потери. Для расчета годовой нагрузки на отопление воспользоваться этой величиной нельзя, так как она не учитывает толщину материала (d). Поэтому специалисты используют параметр сопротивление теплопередачи, который вычисляется по следующей формуле:

R=d/λ

Расчет по стенам и окнам

Сопротивление теплопередачи стен жилых зданий

Существуют нормированные значения сопротивления теплопередачи стен, которые напрямую зависят от региона, где расположен дом.

В отличие от укрупненного расчета нагрузки на отопление сначала нужно вычислить сопротивление теплопередачи для наружных стен, окон, пола первого этажа и чердака. Возьмем за основу следующие характеристики дома:

  • Площадь стен – 280 м². В нее включены окна – 40 м²;
  • Материал изготовления стен – полнотелый кирпич (λ=0.56). Толщина наружных стен – 0,36 м. Исходя из этого рассчитываем сопротивление телепередачи — R=0.36/0.56= 0,64 м²*С/Вт;
  • Для улучшения теплоизоляционных свойств был установлен наружный утеплитель – пенополистирол толщиной 100 мм. Для него λ=0,036. Соответственно R=0,1/0,036= 2,72 м²*С/Вт;
  • Общее значение R для наружных стен равно 0,64+2,72= 3,36 что является очень хорошим показателем теплоизоляции дома;
  • Сопротивление теплопередачи окон — 0,75 м²*С/Вт (двойной стеклопакет с заполнением аргоном).

Фактически тепловые потери через стены составят:

(1/3,36)*240+(1/0.75)*40= 124 Вт при разнице температуры в 1°С

Температурные показатели возьмем такие же, как и для укрупненного вычисления нагрузки на отопление +22°С в помещении и -15°С на улице. Дальнейший расчет необходимо делать по следующей формуле:

124*(22+15)= 4,96 кВт/час

Расчет по вентиляции

Затем необходимо вычислить потери через вентиляцию. Общий объем воздуха в здании составляет 480 м³. При этом его плотность примерно равна 1,24 кг/м³. Т.е. его масса равна 595 кг. В среднем за сутки (24 часа) происходит пятикратное обновление воздуха. В таком случае для вычисления максимальной часовой нагрузки для отопления нужно рассчитать тепловые потери на вентиляцию:

(480*40*5)/24= 4000 кДж или 1,11 кВт/час

Суммируя все полученные показатели можно найти общие тепловые потери дом:

4,96+1,11=6,07 кВт/час

Таким образом определяется точная максимальная тепловая нагрузка на отопление. Полученная величина напрямую зависит от температуры на улице. Поэтому для расчета годовой нагрузки на отопительную систему нужно учитывать изменение погодных условий. Если средняя температура в течение отопительного сезона составляет -7°С, то итоговая нагрузка на отопление будет равна:

(124*(22+7)+((480*(22+7)*5)/24))/3600)*24*150(дней отопительного сезона)=15843 кВт

Меняя температурные значения можно сделать точный расчет тепловой нагрузки для любой системы отопления.

К полученным результатам нужно прибавить значение тепловых потерь через крышу и пол. Это можно сделать поправочным коэффициентом 1,2 – 6,07*1,2=7,3 кВт/ч.

Полученная величина указывает на фактические затраты энергоносителя при работе системы. Существует несколько способов регулирования тепловой нагрузки отопления. Наиболее действенный из них – уменьшение температуры в комнатах, где нет постоянного присутствия жильцов. Это можно осуществить с помощью терморегуляторов и установленных датчиков температуры. Но при этом в здании должна быть установлена двухтрубная система отопления.

Для вычисления точного значения тепловых потерь можно воспользоваться специализированной программой Valtec. В видеоматериале показа пример работы с ней.

Расчет тепловой нагрузки на отопление дома

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ НА ОТОПЛЕНИЕ ДОМА ПО УКРУПНЕННЫМ ИЗМЕРИТЕЛЯМ

Расчет тепловой нагрузки на отопление дома произведен по удельной теплопотере, потребительский подход определения приведенных коэффициентов теплопередачи — вот главные вопросы, которые мы с вами рассмотрим в данном посте. Здравствуйте, дорогие друзья!  Мы произведем с вами расчет тепловой нагрузки на отопление дома (Qо.р) различными способами по укрупненным измерителям. Итак, что нам известно на данный момент:1. Расчетная зимняя температура наружного воздуха для проектирования отопления tн = -40 оС. 2. Расчетная (усредненная) температура воздуха внутри отапливаемого дома tв = +20 оС. 3. Объем дома по наружному обмеру V = 490,8 м3. 4. Отапливаемая площадь дома Sот = 151,7 м2 (жилая – Sж = 73,5 м2). 5. Градусо сутки отопительного периода ГСОП = 6739,2 оС*сут.

Расчет тепловой нагрузки на отопление дома

1. Расчет тепловой нагрузки на отопление дома по отапливаемой площади. Здесь все просто – принимается, что теплопотери составляют 1 кВт * час на 10 м2 отапливаемой площади дома, при высоте потолка до 2,5м. Для нашего дома расчетная тепловая нагрузка на отопление будет равна Qо. р = Sот * wуд = 151,7 * 0,1 = 15,17 кВт. Определение тепловой нагрузки данным способом не отличается особой точностью. Спрашивается, откуда же взялось данное соотношение и насколько оно соответствует нашим условиям. Вот здесь то и надо сделать оговорочку, что данное соотношение справедливо для региона Москвы (tн = до -30 оС) и дом должен быть нормально утепленным. Для других регионов России удельные теплопотери wуд , кВт/м2 приведены в Таблице 1.

Таблица 1

Регион wуд , кВт/м2
Москва, Московская область, Центральные области Европейской части России (включая Ленинградскую на севере и Курскую на юге) 0,10-0,15
Северные регионы (Карелия, Архангельская область, республика Коми и др.) 0,15-0,2
Южные регионы (Воронежская, Волгоградская области, Краснодарский край и др.) 0,07-0,09

Что еще надо учесть при выборе коэффициента удельных теплопотерь? Cолидные проектные организации требуют от «Заказчика» до 20-ти дополнительных данных и это оправдано, так как правильный расчет потерь тепла домом — один из основных факторов, определяющий, насколько комфортно будет находиться в помещении. Ниже приведены характерные требования с разъяснениями:
— суровость климатической полосы – чем ниже температура «за бортом», тем сильнее придется топить. Для сравнения: при -10 градусах – 10 кВт, а при -30 градусах – 15 кВт;
— состояние окон – чем герметичней и больше количество стекол, тем потери уменьшаются. К примеру (при -10 градусах): стандартная двойная рама – 10 кВт, двойной стеклопакет – 8 кВт, тройной стеклопакет – 7 кВт;
— отношения площадей окон и пола – чем больше окна, тем больше потерь. При 20 % — 9 кВт, при 30 % — 11 кВт, а при 50 % — 14 кВт;
— толщина стен или теплоизоляция напрямую влияют на потери тепла. Так при хорошей теплоизоляции и достаточной толщине стен (3 кирпича – 800 мм) требуется 10 кВт, при 150 мм утеплителя или толщине стены в 2 кирпича – 12 кВт, а при плохой изоляции или толщине в 1 кирпич – 15 кВт;
— число наружных стен – напрямую связанно со сквозняками и многосторонним воздействием промерзания. Если помещение имеет одну внешнюю стену, то требуется 9 кВт, а если — 4, то – 12 кВт;
— высота потолка хоть и не так значительно, но все же влияет на увеличение потребляемой мощности. При стандартной высоте в 2,5 м требуется 9,3 кВт, а при 5 м – 12 кВт.
Данное пояснение показывает, что грубый расчет требуемой мощности 1 кВт котла на 10 м2 отапливаемой площади, имеет обоснование.

2. Расчет тепловой нагрузки на отопление дома по укрупненным показателям согласно § 2.4 СНиП Н-36-73. Чтобы определить тепловую  нагрузку на отопление данным способом, нам надо знать жилую площадь дома. Если она не известна, то принимается в размере 50% от общей площади дома. Зная расчетную температуру наружного воздуха для проектирования отопления, по таблице 2 определяем укрупненный показатель максимально-часового расхода тепла на 1 м2 жилой площади.

Таблица 2

Расчетная температура наружного воздуха для воздуха для проектирования отопления, оС 0 -10 -20 -30 -40
Укрупненный показатель максимально-часового расхода тепла на отопление жилых зданий (на 1 м2 жилой площади), кДж/(ч*м2) 335 461 545 628 670

Для нашего дома расчетная тепловая нагрузка на отопление будет равна Qо. р = Sж * wуд.ж = 73,5 * 670 = 49245 кДж/ч или 49245/4,19=11752 ккал/ч или 11752/860=13,67 кВт

3. Расчет тепловой нагрузки на отопление дома по удельной отопительной характеристике здания. Определять тепловую нагрузку  по данному способу будем по  удельной тепловой характеристике (удельная теплопотеря тепла) и объема дома по формуле:

Qо.р = α * qо * V * (tв – tн ) * 10-3 , кВт

Qо.р – расчетная тепловая нагрузка на отопление, кВт;
α — поправочный коэффициент, учитывающий климатические условия района и применяемый в случаях, когда расчетная температура наружного воздуха tн отличается от -30 оС, принимается по таблице 3;
qо – удельная отопительная характеристика здания, Вт/м3 * оС;
V – объем отапливаемой части здания по наружному обмеру, м3;
tв – расчетная температура воздуха внутри отапливаемого здания, оС;
tн – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, оС.
В данной формуле все величины, кроме удельной отопительной характеристики дома qо, нам известны. Последняя является теплотехнической оценкой строительной части здания и показывает тепловой поток, необходимый для повышения температуры 1 м3 объема постройки на 1 °С. Численное нормативное значение данной характеристики, для жилых домом и гостиниц, приведено в таблице 4.

Поправочный коэффициент α

Таблица 3

-10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50
α 1,45 1,29 1,17 1,08 1 0,95 0,9 0,85 0,82

Удельная отопительная характеристика здания, Вт/м3 * оС

Таблица 4

Тип здания Строительный объем здания V,тыс.м3 Удельная отопительная характеристика на отопление qо, Вт/м3 * оС
Жилые дома, гостиницы, общежития до 3
до 5
до 10
0,49
0,44
0,39

Итак, Qо. р =  α* qо * V * (tв – tн ) * 10-3 = 0,9 * 0,49 * 490,8 * (20 – (-40) ) * 10-3 = 12,99 кВт. На стадии технико-экономического обоснования строительства (проекта) удельная отопительная характеристика должна являться одним из контрольных ориентиров. Все дело в том, что в справочной литературе, численное значение ее разное, поскольку приведена она для разных временных периодов, до 1958года, после 1958года, после 1975года и т.д. Кроме того, хоть и не значительно, но менялся также и климат на нашей планете. А нам бы хотелось знать значение удельной отопительной характеристики здания на сегодняшний день. Давайте попробуем определить ее самостоятельно.

ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ОТОПИТЕЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1. Предписывающий подход к выбору сопротивления теплопередаче наружных ограждений. В этом случае расход тепловой энергии не контролируется, а значения сопротивлений теплопередаче отдельных элементов здания должно быть не менее нормируемых значений, смотри таблицу 5. Здесь уместно привести формулу Ермолаева для расчета удельной отопительной характеристики здания. Вот эта формула

qо = [Р/S * ((kс + φ * (kок — kс)) + 1/Н * (kпт + kпл)], Вт/м3 * оС

φ – коэффициент остекления наружных стен, принимаем φ = 0,25. Данный коэффициент принимается в размере 25% от площади пола; Р – периметр дома, Р = 40м; S – площадь дома (10 *10), S = 100 м2; Н – высота здания, Н = 5м; kс, kок, kпт, kпл – приведенные коэффициенты теплопередачи соответственно наружной стены, световых проемов (окон), кровли (потолка), перекрытия над подвалом (пола). Определение приведенных коэффициентов теплопередачи, как при предписывающем подходе, так и при потребительском подходе, смотри таблицы 5,6,7,8. Ну что ж, со строительными размерами дома мы определились, а как быть с ограждающими конструкциями дома? Из каких материалов должны быть изготовлены стены, потолок пол, окна и двери? Дорогие друзья, вы должны четко понять, что на данном этапе нас не должен волновать выбор материала ограждающих конструкций. Спрашивается, почему? Да потому, что в выше приведенную формулу мы поставим значения нормируемых приведенных коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций. Так вот, независимо из какого материала будут выполнены эти конструкции и какова их толщина, сопротивление должно быть определенным. (Выписка из СНиП II-3-79* Строительная теплотехника).

Нормируемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций
(предписывающий подход)

Таблица 5

Здания ГСОП, оС*сут Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Rо, м2 * оС/Вт (не менее)
Стен Полов Потолков Окон
Жилые 2000
4000
6000
8000
10000
12000
6739,2
2,1
2,8
3,5
4,2
4,9
5,6
3,76
3,2
4,2
5,2
6,2
7,2
8,2
5,57
2,8
3,7
4,6
5,5
6,4
7,3
4,93
   0,3
0,45
0,6
0,7
0,75
0,8
0,47

Определение приведенных коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций
(предписывающий подход)

Таблица 6

Здания ГСОП, оС*сут Приведенные коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций kпр = 1/ Rо, Вт/ м2 * оС (не менее)
Стен Полов Потолков Окон
Жилые 6739,2 0,266 0,18 0,203 2,13

И вот только теперь, зная ГСОП = 6739,2 оС*сут, методом интерполяции мы определяем нормируемые сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, смотри таблицу 5. Приведенные коэффициенты теплопередачи будут равны соответственно: kпр = 1/ Rо и приведены в таблице 6. Удельная отопительная характеристика дома qо = = [Р/S * ((kс + φ * (kок — kс)) + 1/Н * (kпт + kпл)] = [40/100 * ((0,266 + 0,25 * (2,13 – 0,266)) + 1/5 * (0,203 + 0,18)] = 0,37 Вт/м3 * оС
Расчетная тепловая нагрузка на отопление при предписывающем подходе будет равна Qо.р =  α* qо * V * (tв – tн ) * 10-3 = 0,9 * 0,37 * 490,8 * (20 – (-40) ) * 10-3 = 9,81 кВт

2. Потребительский подход к выбору сопротивления теплопередаче наружных ограждений. В данном случае, сопротивление теплопередаче наружных ограждений можно снижать в сравнении с величинами указанными в таблице 5, пока расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление дома не превысит нормируемый. Сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждения не должно быть ниже минимальных величин: для стен жилого дома Rс = 0,63Rо, для пола и потолка Rпл = 0,8Rо, Rпт = 0,8Rо, для окон Rок = 0,95Rо. Результаты расчета приведены в таблице 7. В таблице 8 приведены приведенные коэффициенты теплопередачи при потребительском подходе. Что касается удельного расхода тепловой энергии за отопительный период, то для нашего дома эта величина равна 120 кДж/ м2 * оС* сут. И определяется она по СНиП 23-02-2003. Мы же определим данную величину когда будем производить расчет тепловой нагрузки на отопление более подробным способом – с учетом конкретных материалов ограждений и их теплофизических свойств (п. 5 нашего плана по расчету отопления частного дома).

Нормируемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций
(потребительский подход)

Таблица 7

Здания ГСОП, оС*сут Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Rо, м2 * оС/Вт (не менее)
Стен Полов Потолков Окон
Жилые 6739,2 2,1 3,76*0,63 =2,37 5,57*0,8 = 4,46  4,93* 0,8 = 3,94   0,47* 0,95 = 0,446

Определение приведенных коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций
(потребительский подход)

Таблица 8

Здания ГСОП, оС*сут Приведенные коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций kпр = 1/ Rо, Вт/ м2 * оС (не менее)
Стен Полов Потолков Окон
Жилые 6739,2 0,422 0,224 0,254 2,24

Удельная отопительная характеристика дома qо = = [Р/S * ((kс + φ * (kок — kс)) + 1/Н * (kпт + kпл)] = [40/100 * ((0,422 + 0,25 * (2,24 – 0,422)) + 1/5 * (0,254 + 0,224)] = 0,447 Вт/м3 * оС. Расчетная тепловая нагрузка на отопление при потребительском подходе будет равна Qо.р = α * qо * V * (tв – tн ) * 10-3 = 0,9 * 0,447 * 490,8 * (20 – (-40) ) * 10-3 = 11,85 кВт

Расчет тепловой нагрузки на отопление дома

Основные выводы:
1. Расчетная тепловая нагрузка на отопление по отапливаемой площади дома, Qо.р = 15,17 кВт.
2. Расчетная тепловая нагрузка на отопление по укрупненным показателям согласно § 2.4 СНиП Н-36-73. отапливаемой площади дома, Qо.р = 13,67 кВт.
3. Расчетная тепловая нагрузка на отопление дома по нормативной удельной отопительной характеристике здания, Qо.р = 12,99 кВт.
4. Расчетная тепловая нагрузка на отопление дома по предписывающему подходу к выбору сопротивления теплопередаче наружных ограждений, Qо.р = 9,81 кВт.
5. Расчетная тепловая нагрузка на отопление дома по потребительскому подходу к выбору сопротивления теплопередаче наружных ограждений, Qо.р = 11,85 кВт.
Как видите, дорогие друзья, расчетная тепловая нагрузки на отопление дома при разном подходе к ее определению, разнится довольно таки значительно – от 9,81 кВт до 15,17 кВт. Какую же выбрать и не ошибиться? На этот вопрос мы и постараемся ответить в следующих постах. Сегодня мы с вами выполнили 2-ой пункт нашего плана по расчету системы отопления дома. Кто еще не успел присоединяйтесь!

С уважением, Григорий Володин

Методика расчета тепловой нагрузки по укрупненным показателям

Автор На чтение 17 мин. Опубликовано

Мы работаем с 9:00 до 20:00 , ежедневно

Основные услуги:
Оборудование:
Выполненные проекты
Тепловая нагрузка
Поставка аварийных душевых кабин
Энергетическое обследование школы №277
Энергетический паспорт детского сада №693
Согласование и пересмотр тепловых нагрузок в теплоснабжающей организации

Расчет тепловых нагрузок по укрупненным показателям

Специалисты нашей компании осуществляют расчет тепловой нагрузки и ее согласование с теплоснабжающей организацией для заключения договора на теплоснабжение.

Методика определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения» разработана для использования при прогнозировании и планировании потребности в топливе, электрической энергии и воде теплоснабжающими организациями жилищно-коммунального комплекса, органами управления жилищно-коммунальным хозяйством.

Методика используется также для обоснования потребности теплоснабжающих организаций в финансовых средствах при рассмотрении тарифов (цен) на тепловую энергию, ее передачу и распределение.

Использование Методики позволяет оценивать технико-экономическую эффективность при планировании энергосберегающих мероприятий, внедрении энергоэффективных технологических процессов и оборудования.

Расчетную часовую тепловую нагрузку отопления отдельного здания можно определить по укрупненным показателям:

где a – поправочный коэффициент, учитывающий отличие расчетной температуры наружного воздуха для проектирования отопления to от to = -30 °С, при которой определено соответствующее значение qo; принимается по таблице;

V – объем здания по наружному обмеру, м 3 ;

qo – удельная отопительная характеристика здания при to = -30 °С, ккал/м 3 ч°С; принимается по таблицам;

Kи.р – расчетный коэффициент инфильтрации, обусловленной тепловым и ветровым напором, т.е. соотношение тепловых потерь зданием с инфильтрацией и теплопередачей через наружные ограждения при температуре наружного воздуха, расчетной для проектирования отопления.

Значение V, м 3 , следует принимать по информации типового или индивидуального проектов здания или бюро технической инвентаризации (БТИ).

Если здание имеет чердачное перекрытие, значение V, м 3 , определяется как произведение площади горизонтального сечения здания на уровне его I этажа (над цокольным этажом) на свободную высоту здания – от уровня чистого пола I этажа до верхней плоскости теплоизоляционного слоя чердачного перекрытия, при крышах, совмещенных с чердачными перекрытиями, – до средней отметки верха крыши. Выступающие за поверхности стен архитектурные детали и ниши в стенах здания, а также неотапливаемые лоджии при определении расчетной часовой тепловой нагрузки отопления не учитываются.

При наличии в здании отапливаемого подвала к полученному объему отапливаемого здания необходимо добавить 40% объема этого подвала. Строительный объем подземной части здания (подвал, цокольный этаж) определяется как произведение площади горизонтального сечения здания на уровне его I этажа на высоту подвала (цокольного этажа).

Расчетный коэффициент инфильтрации Kи.р определяется по формуле:

где g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;

L – свободная высота здания, м;

w – расчетная для данной местности скорость ветра в отопительный период, м/с; принимается по СНиП 23-01-99

В местностях, где расчетное значение температуры наружного воздуха для проектирования отопления to £ -40 °С, для зданий с неотапливаемыми подвалами следует учитывать добавочные тепловые потери через необогреваемые полы первого этажа в размере 5%

Для зданий, законченных строительством, расчетную часовую тепловую нагрузку отопления следует увеличивать на первый отопительный период для каменных зданий, построенных:

– в мае-июне – на 12%;

– в июле-августе – на 20%;

– в сентябре – на 25%;

– в отопительном периоде – на 30%.

Удельную отопительную характеристику здания qo, ккал/м 3 ч ° можно рассчитать по формуле:

Средняя часовая тепловая нагрузка горячего водоснабжения потребителя тепловой энергии Qhm, Гкал/ч, в отопительный период определяется по формуле:

где a – норма затрат воды на горячее водоснабжение абонента, л/ед. измерения в сутки; должна быть утверждена местным органом самоуправления; при отсутствии утвержденных норм принимается по таблице Приложения 3 (обязательного) СНиП 2.04.01-85;

N – количество единиц измерения, отнесенное к суткам, – количество жителей, учащихся в учебных заведениях и т.д.;

tc – температура водопроводной воды в отопительный период, °С; при отсутствии достоверной информации принимается tc = 5 °С;

T – продолжительность функционирования системы горячего водоснабжения абонента в сутки, ч;

Qт.п – тепловые потери в местной системе горячего водоснабжения, в подающем и циркуляционном трубопроводах наружной сети горячего водоснабжения, Гкал/ч.

Среднюю часовую тепловую нагрузку горячего водоснабжения в неотопительный период, Гкал, можно определить из выражения:

где Qhm – средняя часовая тепловая нагрузка горячего водоснабжения в отопительный период, Гкал/ч;

b – коэффициент, учитывающий снижение средней часовой нагрузки горячего водоснабжения в неотопительный период по сравнению с нагрузкой в отопительный период; если значение b не утверждено органом местного самоуправления, b принимается равным 0,8 для жилищно-коммунального сектора городов средней полосы России, 1,2-1,5 – для курортных, южных городов и населенных пунктов, для предприятий – 1,0;

ths, th – температура горячей воды в неотопительный и отопительный период, °С;

tcs, tc – температура водопроводной воды в неотопительный и отопительный период, °С; при отсутствии достоверных сведений принимается tcs = 15 °С, tc = 5 °С.

При проектировании систем обогрева всех типов строений нужно провести правильные вычисления, а затем разработать грамотную схему отопительного контура. На этом этапе особое внимание следует уделить расчету тепловой нагрузки на отопление. Для решения поставленной задачи важно использовать комплексный подход и учесть все факторы, влияющие на работу системы.

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.

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.

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.

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 м 2 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.

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 м 2 . Строение двухэтажное с общей площадью в 170 м 2 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.

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.

Результат будет максимально точным, если учитывать потери через пол и крышу. Сложные вычисления здесь проводить необязательно, допускается использование уточняющего коэффициента. Процесс расчетов теплонагрузки на систему обогрева отличается высокой сложностью. Однако его можно упростить с помощью программы VALTEC.

Как оптимизировать затраты на отопление? Эта задача решается только комплексным подходом, учитывающим все параметры системы, здания и климатические особенности региона. При этом важнейшей составляющей является тепловая нагрузка на отопление: расчет часовых и годовых показателей входят в систему вычислений КПД системы.

Зачем нужно знать этот параметр

Что же представляет собой расчет тепловой нагрузки на отопление? Он определяет оптимальное количество тепловой энергии для каждого помещения и здания в целом. Переменными величинами являются мощность отопительного оборудования – котла, радиаторов и трубопроводов. Также учитываются тепловые потери дома.

В идеале тепловая мощность отопительной системы должна компенсировать все тепловые потери и при этом поддерживать комфортный уровень температуры. Поэтому прежде чем выполнить расчет годовой нагрузки на отопление, нужно определиться с основными факторами, влияющими на нее:

  • Характеристика конструктивных элементов дома. Наружные стены, окна, двери, вентиляционная система сказываются на уровне тепловых потерь;
  • Размеры дома. Логично предположить, что чем больше помещение – тем интенсивнее должна работать система отопления. Немаловажным фактором при этом является не только общий объем каждой комнаты, но и площадь наружных стен и оконных конструкций;
  • Климат в регионе. При относительно небольших снижениях температуры на улице нужно малое количество энергии для компенсации тепловых потерь. Т.е. максимальная часовая нагрузка на отопление напрямую зависит от степени снижения температуры в определенный период времени и среднегодовое значение для отопительного сезона.

Учитывая эти факторы составляется оптимальный тепловой режим работы системы отопления. Резюмируя все вышесказанное можно сказать, что определение тепловой нагрузки на отопление необходимо для уменьшения расхода энергоносителя и соблюдения оптимального уровня нагрева в помещениях дома.

Для расчета оптимальной нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно знать точный объем здания. Важно помнить, что эта методика разрабатывалась для больших сооружений, поэтому погрешность вычислений будет велика.

Выбор методики расчета

Перед тем, как выполнить расчет нагрузки на отопление по укрупненным показателям или с более высокой точностью необходимо узнать рекомендуемые температурные режимы для жилого здания.

Во время расчета характеристик отопления нужно руководствоваться нормами СанПиН 2.1.2.2645-10. Исходя из данных таблицы, в каждой комнате дома необходимо обеспечить оптимальный температурный режим работы отопления.

Методики, по которым осуществляется расчет часовой нагрузки на отопление, могут иметь различную степень точности. В некоторых случаях рекомендуется использовать достаточно сложные вычисления, в результате чего погрешность будет минимальна. Если же оптимизация затрат на энергоносители не является приоритетной задачей при проектировании отопления – можно применять менее точные схемы.

Во время расчета почасовой нагрузки на отопление нужно учитывать суточную смену уличной температуры. Для улучшения точности вычисления нужно знать технические характеристики здания.

Простые способы вычисления тепловой нагрузки

Любой расчет тепловой нагрузки нужен для оптимизации параметров системы отопления или улучшения теплоизоляционных характеристик дома. После его выполнения выбираются определенные способы регулирования тепловой нагрузки отопления. Рассмотрим нетрудоемкие методики вычисления этого параметра системы отопления.

Зависимость мощности отопления от площади

Для дома со стандартными размерами комнат, высотой потолков и хорошей теплоизоляцией можно применить известное соотношение площади помещения к требуемой тепловой мощности. В таком случае на 10 м² потребуется генерировать 1 кВт тепла. К полученному результату нужно применить поправочный коэффициент, зависящий от климатической зоны.

Предположим, что дом находится в Московской области. Его общая площадь составлять 150 м². В таком случае часовая тепловая нагрузка на отопление будет равна:

15*1=15 кВт/час

Главным недостатком этого метода является большая погрешность. Расчет не учитывает изменение погодных факторов, а также особенности здания – сопротивление теплопередачи стен, окон. Поэтому на практике его использовать не рекомендуется.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания

Укрупненный расчет нагрузки на отопление характеризуется более точными результатами. Изначально он применялся для предварительного расчета этого параметра при невозможности определить точные характеристики здания. Общая формула для определения тепловой нагрузки на отопление представлена ниже:

Где – удельная тепловая характеристика строения. Значения нужно брать из соответствующей таблицы, а – поправочный коэффициент, о котором говорилось выше, – наружный объем строения, м³, Tвн и Tнро – значения температуры внутри дома и на улице.

Предположим, что необходимо рассчитать максимальную часовую нагрузку на отопление в доме с объемом по наружным стенам 480 м³ (площадь 160 м², двухэтажный дом). В этом случае тепловая характеристика будет равна 0,49 Вт/м³*С. Поправочный коэффициент а = 1 (для Московской области). Оптимальная температура внутри жилого помещения (Твн ) должна составлять +22°С. Температура на улице при этом будет равна -15°С. Воспользуемся формулой для расчета часовой нагрузки на отопление:

Q=0.49*1*480(22+15)= 9,408 кВт

По сравнению с предыдущим расчетом полученная величина меньше. Однако она учитывает важные факторы – температуру внутри помещения, на улице, общий объем здания. Подобные вычисления можно сделать для каждой комнаты. Методика расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям дает возможность определить оптимальную мощность для каждого радиатора в отдельно взятом помещении. Для более точного вычисления нужно знать среднетемпературные значения для конкретного региона.

Такой метод расчета можно применять для вычисления часовой тепловой нагрузки на отопление. Но полученные результаты не дадут оптимально точную величину тепловых потерь здания.

Точные расчеты тепловой нагрузки

Но все же этот расчет оптимальной тепловой нагрузки на отопление не дает требуемую точность вычисления. Он не учитывает важнейший параметр – характеристики здания. Главной из них является сопротивление теплопередачи материал изготовления отдельных элементов дома – стен, окон, потолка и пола. Именно они определяют степень сохранения тепловой энергии, полученной от теплоносителя системы отопления.

Что же такое сопротивление теплопередачи (R)? Это величина, обратная теплопроводности (λ) – возможности структуры материала передавать тепловую энергию. Т.е. чем больше значение теплопроводности – тем выше тепловые потери. Для расчета годовой нагрузки на отопление воспользоваться этой величиной нельзя, так как она не учитывает толщину материала (d). Поэтому специалисты используют параметр сопротивление теплопередачи, который вычисляется по следующей формуле:

R=d/λ

Расчет по стенам и окнам

Существуют нормированные значения сопротивления теплопередачи стен, которые напрямую зависят от региона, где расположен дом.

В отличие от укрупненного расчета нагрузки на отопление сначала нужно вычислить сопротивление теплопередачи для наружных стен, окон, пола первого этажа и чердака. Возьмем за основу следующие характеристики дома:

  • Площадь стен – 280 м². В нее включены окна – 40 м²;
  • Материал изготовления стен – полнотелый кирпич (λ=0.56). Толщина наружных стен – 0,36 м. Исходя из этого рассчитываем сопротивление телепередачи – R=0.36/0.56= 0,64 м²*С/Вт;
  • Для улучшения теплоизоляционных свойств был установлен наружный утеплитель – пенополистирол толщиной 100 мм. Для него λ=0,036. Соответственно R=0,1/0,036= 2,72 м²*С/Вт;
  • Общее значение R для наружных стен равно 0,64+2,72= 3,36 что является очень хорошим показателем теплоизоляции дома;
  • Сопротивление теплопередачи окон – 0,75 м²*С/Вт (двойной стеклопакет с заполнением аргоном).

Фактически тепловые потери через стены составят:

(1/3,36)*240+(1/0.75)*40= 124 Вт при разнице температуры в 1°С

Температурные показатели возьмем такие же, как и для укрупненного вычисления нагрузки на отопление +22°С в помещении и -15°С на улице. Дальнейший расчет необходимо делать по следующей формуле:

124*(22+15)= 4,96 кВт/час

Расчет по вентиляции

Затем необходимо вычислить потери через вентиляцию. Общий объем воздуха в здании составляет 480 м³. При этом его плотность примерно равна 1,24 кг/м³. Т.е. его масса равна 595 кг. В среднем за сутки (24 часа) происходит пятикратное обновление воздуха. В таком случае для вычисления максимальной часовой нагрузки для отопления нужно рассчитать тепловые потери на вентиляцию:

(480*40*5)/24= 4000 кДж или 1,11 кВт/час

Суммируя все полученные показатели можно найти общие тепловые потери дом:

4,96+1,11=6,07 кВт/час

Таким образом определяется точная максимальная тепловая нагрузка на отопление. Полученная величина напрямую зависит от температуры на улице. Поэтому для расчета годовой нагрузки на отопительную систему нужно учитывать изменение погодных условий. Если средняя температура в течение отопительного сезона составляет -7°С, то итоговая нагрузка на отопление будет равна:

(124*(22+7)+((480*(22+7)*5)/24))/3600)*24*150(дней отопительного сезона)=15843 кВт

Меняя температурные значения можно сделать точный расчет тепловой нагрузки для любой системы отопления.

К полученным результатам нужно прибавить значение тепловых потерь через крышу и пол. Это можно сделать поправочным коэффициентом 1,2 – 6,07*1,2=7,3 кВт/ч.

Полученная величина указывает на фактические затраты энергоносителя при работе системы. Существует несколько способов регулирования тепловой нагрузки отопления. Наиболее действенный из них – уменьшение температуры в комнатах, где нет постоянного присутствия жильцов. Это можно осуществить с помощью терморегуляторов и установленных датчиков температуры. Но при этом в здании должна быть установлена двухтрубная система отопления.

Для вычисления точного значения тепловых потерь можно воспользоваться специализированной программой Valtec. В видеоматериале показа пример работы с ней.

Расчет тепловой нагрузки на отопление

Как рассчитать тепловую нагрузку

Спросите у любого специалиста, как правильно организовать систему отопления в здании. При этом не важно — жилой это объект или промышленный. И профессионал ответит, что главное — это точно составить расчеты и грамотно выполнить проектирование. Речь, в частности, идет о расчете тепловой нагрузки на отопление. От этого показателя зависит объем потребления тепловой энергии, а значит, и топлива. То есть экономические показатели стоят рядом с техническими характеристиками.

Выполнение точных расчетов позволяет получить не только полный список необходимой для проведения монтажных работ документации, но и подобрать нужное оборудование, дополнительные узлы и материалы.

Тепловые нагрузки — определение и характеристики

Что обычно подразумевают под термином «тепловая нагрузка на отопление»? Это количество теплоты, которое отдают все приборы отопления, установленные в здании. Чтобы избежать лишних трат на производство работ, а также покупку ненужных приборов и материалов, и необходим предварительный расчет. С его помощью можно отрегулировать правила установки и распределения теплоты по всем помещениям, причем сделать это можно экономично и равномерно.

Но и это еще не все. Очень часто специалисты проводят расчеты, полагаясь на точные показатели. Они касаются размеров дома и нюансов строительства, где учитывается разнообразие элементов здания и их соответствие требованиям теплоизоляции и прочего. Именно точные показатели дают возможность правильно сделать расчеты и, соответственно, получить максимально приближенные к идеалу варианты распределения тепловой энергии по помещениям.

Но нередко случаются ошибки в расчетах, что приводит к неэффективной работе отопления в целом. Подчас приходится переделывать в ходе эксплуатации не только схемы, но и участки системы, что приводит к дополнительным расходам.

Какие же параметры влияют на расчет тепловой нагрузки в целом? Здесь необходимо разделить нагрузку на несколько позиций, куда входят:

  • Система центрального отопления.
  • Система теплый пол, если таковой установлен в доме.
  • Система вентиляции — как принудительной, так и естественной.
  • Горячее водоснабжение здания.
  • Ответвления на дополнительные бытовые нужды. К примеру, на сауну или баню, на бассейн или душ.

Основные характеристики

Профессионалы не упускают из виду ни одну мелочь, которая может повлиять на правильность расчета. Отсюда и достаточно больший список характеристик системы отопления, которые следует принимать во внимание. Вот только некоторые из них:

  1. Назначение объекта недвижимости или его тип. Это может быть жилое здание или промышленное. У поставщиков тепловой энергии есть нормы, которые распределяются по типу зданий. Именно они часто становятся основополагающими при проведении расчетов.
  2. Архитектурная часть здания. Сюда можно включить ограждающие элементы (стены, кровля, перекрытия, полы), их габаритные размеры, толщину. Обязательно учитываются всевозможные проемы — балконы, окна, двери и прочее. Очень важно принять во внимание наличие подвалов и чердаков.
  3. Температурный режим для каждого помещения в отдельности. Это очень важно, потому что общие требования к температуре в доме не дают точной картины распределения тепла.
  4. Назначение помещений. В основном это относится к производственным цехам, в которых необходимо более строгое соблюдение температурного режима.
  5. Наличие специальных помещений. К примеру, в жилых частных домах это могут быть бани или сауны.
  6. Степень технического оснащения. Учитывается наличие системы вентиляции и кондиционирования, горячего водоснабжения, тип используемого отопления.
  7. Количество точек, через которые проводится отбор горячей воды. И чем больше таких точек, тем большей тепловой нагрузке подвергается система отопления.
  8. Количество находящихся на объекте людей. От этого показателя зависят такие критерии, как влажность внутри помещений и температура.
  9. Дополнительные показатели. В жилых помещениях можно выделить количество санузлов, отдельных комнат, балконов. В промышленных зданиях — количество смен работающих, число дней в году, когда работает сам цех в технологической цепочке.

Что включают в расчет нагрузок

Схема отопления

Расчет тепловых нагрузок на отопление проводят еще на стадии проектирования здания. Но при этом обязательно учитывают нормы и требования различных стандартов.

К примеру, теплопотери ограждающих элементов здания. Причем в расчет берутся все помещения в отдельности. Далее, это мощность, которая необходима для нагрева теплоносителя. Приплюсуем сюда количество тепловой энергии, требующейся для нагрева приточной вентиляции. Без этого расчет будет не очень точным. Прибавим также энергию, которая затрачивается на обогрев воды для бани или бассейна. Специалисты обязательно принимают во внимание и дальнейшее развитие теплосистемы. Вдруг через несколько лет вам вздумается устроить в собственном частном доме турецкий хамам. Поэтому необходимо прибавить к нагрузкам несколько процентов — обычно до 10%.

Рекомендация! Рассчитывать тепловые нагрузки с «запасом» необходимо для загородных домов. Именно запас позволит в будущем избежать дополнительных финансовых затрат, которые часто определяются суммами в несколько нулей.

Особенности расчета тепловой нагрузки

Параметры воздуха, а точнее, его температура берутся из ГОСТов и СНиПов. Здесь же подбираются коэффициенты теплопередачи. Кстати, паспортные данные всех видов оборудования (котлы, радиаторы отопления и прочее) берутся в расчет обязательно.

Что обычно включают в традиционный расчет нагрузки тепла?

  • Во-первых, максимальный поток тепловой энергии, исходящей от приборов отопления (радиаторов).
  • Во-вторых, максимальный расход тепла за 1 час эксплуатации отопительной системы.
  • В-третьих, общие тепловые затраты за определенный период времени. Обычно подсчитывают сезонный период.

Если все эти расчеты соизмерить и сопоставить с площадью теплоотдачи системы в целом, то получится достаточно точный показатель эффективности обогрева дома. Но придется учитывать и небольшие отклонения. К примеру, снижение потребления тепла в ночное время. Для промышленных объектов также придется учитывать выходные и праздничные дни.

Методы определения тепловых нагрузок

Проектирование теплого пола

В настоящее время специалисты пользуются тремя основными способами расчета тепловых нагрузок:

  1. Расчет основных теплопотерь, где учитываются только укрупненные показатели.
  2. Учитываются показатели, основанные на параметрах ограждающих конструкций. Сюда обычно добавляются потери на нагрев внутреннего воздуха.
  3. Производится расчет всех систем, которые входят в отопительные сети. Это и отопление, и вентиляция.

Есть еще один вариант, который называется укрупненным расчетом. Его обычно применяют в том случае, когда отсутствуют какие-либо основные показатели и параметры здания, необходимые для стандартного расчета. То есть фактические характеристики могут отличаться от проектных.

Для этого специалисты используют очень простую формулу:

Q max от.=α x V x q0 x (tв-tн.р.) x 10 -6

α — это поправочный коэффициент, зависящий от региона строительства (табличная величина)
V — объем здания по наружным плоскостям
q0 — характеристика отопительной системы по удельному показателю, обычно определяется по самым холодным дням в году

Виды тепловых нагрузок

Тепловые нагрузки, которые используются в расчетах системы отопления и подборе оборудования, имеют несколько разновидностей. К примеру, сезонные нагрузки, для которых присущи следующие особенности:

  1. Изменение температуры снаружи помещений в течение всего отопительного сезона.
  2. Метеорологические особенности региона, где построен дом.
  3. Скачки нагрузки на систему отопления в течение суток. Этот показатель обычно проходит по категории «незначительные нагрузки», потому что ограждающие элементы предотвращают большое давление на отопление в целом.
  4. Все, что касается тепловой энергии, связанной с системой вентиляции здания.
  5. Тепловые нагрузки, которые определяются в течение всего года. Например, потребление горячей воды в летней сезон снижается всего лишь на 30-40%, если сравнивать его с зимним временем года.
  6. Сухое тепло. Эта особенность присуща именно отечественным отопительным системам, где учитывается достаточно большой ряд показателей. К примеру, количество оконных и дверных проемов, количество проживающих или находящихся постоянно в доме людей, вентиляция, воздухообмен через всевозможные щели и зазоры. Для определения этой величины используют сухой термометр.
  7. Скрытая тепловая энергия. Существует и такой термин, который определяется испарениями, конденсацией и так далее. Для определения показателя используют влажный термометр.

Регуляторы тепловых нагрузок

Программируемый контроллер, диапазон температур — 5-50 C

Современные отопительные агрегаты и приборы обеспечиваются комплектом разных регуляторов, с помощью которых можно изменять тепловые нагрузки, чтобы тем самым избежать провалов и скачков тепловой энергии в системе. Практика показала, что с помощью регуляторов можно не только снизить нагрузки, но и привести систему отопления к рациональному использованию топлива. А это уже чисто экономическая сторона вопроса. Особенно это относится к промышленным объектам, где за перерасход топлива приходится выплачивать достаточно большие штрафы.

Если же вы не уверены в правильности своих расчетов, то воспользуйтесь услугами специалистов.

Давайте рассмотрим еще пару формул, которые касаются разных систем. К примеру, системы вентиляции и горячего водоснабжения. Здесь вам потребуются две формулы:

Qв.=qв.V(tн.-tв.) — это касается вентиляции.
Здесь:
tн. и tв — температура воздуха снаружи и внутри
qв. — удельный показатель
V — внешний объем здания

Qгвс.=0,042rв(tг.-tх.)Пgср — для горячего водоснабжения, где

tг.-tх — температура горячей и холодной воды
r — плотность воды
в — отношение максимальной нагрузки к средней, которая определяется ГОСТами
П — количество потребителей
Gср — средний показатель расхода горячей воды

Комплексный расчет

В комплексе с расчетными вопросами обязательно проводят исследования теплотехнического порядка. Для этого применяют различные приборы, которые выдают точные показатели для расчетов. К примеру, для этого обследуют оконные и дверные проемы, перекрытия, стены и так далее.

Именно такое обследование помогает определить нюансы и факторы, которые могут оказать существенное влияние на теплопотери. К примеру, тепловизорная диагностика точно покажет температурный перепад при прохождении определенного количества тепловой энергии через 1 квадратный метр ограждающей конструкции.

Так что практические измерения незаменимы при проведении расчетов. Особенно это касается узких мест в конструкции здания. В этом плане теория не сможет точно показать, где и что не так. А практика укажет, где необходимо применить разные методы защиты от теплопотерь. Да и сами расчеты в этом плане становятся точнее.

Заключение по теме

Расчетная тепловая нагрузка — очень важный показатель, получаемый в процессе проектирования системы отопления дома. Если подойти к делу с умом и провести все необходимые расчеты грамотно, то можно гарантировать, что отопительная система будет работать отлично. И при этом можно будет сэкономить на перегревах и прочих затратах, которых можно просто избежать.

Теплотехнический расчет конструкции здания

Основой для определения тепловой нагрузки систем отопления является процедура проведения теплотехнического расчета конструкций здания с учетом всех конструктивных особенностей используемых строительных материалов и их теплоизоляционных свойств. В расчетах также учитывается ориентация здания по сторонам света, наличие естественной или механической систем вентиляции и многие другие факторы теплового баланса помещений.

Методы расчета тепловой нагрузки системы отопления

  1. Расчет потерь тепла по площади помещений.
  2. Определение величины теплопотерь исходя из наружного объема здания.
  3. Точный теплотехнический расчет всех конструкций жилого дома с учетом теплофизических коэффициентов материалов.

Расчет потерь тепла по площади помещений

Первым методом расчета тепловой нагрузки системы отопления пользуются для укрупненного определения мощности системы отопления всего дома и общего понимания количества и типа радиаторов, а также мощности котельного оборудования. Так как метод не учитывает регион строительства (расчетную наружную температуру зимой), количество потерь тепла через фундаменты, крыши или нестандартное остекление, то количество потерь тепла, рассчитанное укрупненным методом исходя из площади помещения, может быть как больше, так и меньше фактических значений.

Источники теплопотерь здания

А при использовании современных теплоизоляционных материалов мощность котельного оборудования может быть определена с большим запасом. Таким образом, при устройстве систем отопления возникнет большой перерасход материалов и будет приобретено более дорогостоящее оборудование. Поддержание комфортной температуры в помещениях будет возможно только при условии, что будет установлена современная автоматика, которая не допустит перегрева помещений выше комфортных температур.

В худшем случае, мощность системы отопления может быть занижена и дом в самые холодные дни не будет прогрет.

Тем не менее, этим способом определения мощности систем отопления пользуются достаточно часто. Следует только понимать, в каких случаях такие укрупненные расчеты приближены к реальности.

Итак, формула для укрупненного определения количества теплопотерь выглядит следующим образом:

Q=S*100 Вт (150 Вт),

Q — требуемое количество тепла, необходимое для обогрева всего помещения, Вт

S — отапливаемая площадь помещения, м?

Значение 100-150 Ватт является удельным показателем количества тепловой энергии, приходящейся для обогрева 1 м?.

При использовании первого метода для укрупненного метода расчета тепловой мощности следует ориентироваться на следующие рекомендации:

  • В случае, когда в расчетном помещении из наружных ограждающих конструкций имеются одно окно и одна наружная стена, а высота потолков менее трех метров, то на 1м2 отапливаемой площади приходится 100 Вт тепловой энергии.
  • При расчете углового помещения с двумя оконными конструкциями или балконными блоками либо помещение высотой более трех метров, то в диапазон удельной тепловой энергии на 1 м2 составляет от 120 до 150 Вт.
  • Если же прибор отопления в будущем планируется устанавливать под окном в нише либо декорировать защитными экранами, поверхность радиаторов и, следовательно, их мощность необходимо увеличить на 20-30%. Это обусловлено тем, что тепловая мощность радиаторов будет частично тратиться на прогрев дополнительных конструкций.

Расчет тепловой мощности исходя из объема помещения

Этот метод определения тепловой нагрузки на системы отопления наименее универсален, чем первый, так как предназначен для расчетов помещений с высокими потолками, но при этом не учитывает, что воздух под потолком всегда теплее, чем в нижней части комнаты и, следовательно, количество потерь тепла будет различаться зонально.

Тепловая мощность системы отопления для здания или помещения с потолками выше стандартных рассчитывается исходя из следующего условия:

Q=V*41 Вт (34 Вт),

где V – наружный объем помещения в м?,

А 41 Вт – удельное количество тепла, необходимое для обогрева одного кубометра здания стандартной постройки (в панельном доме). Если строительство ведется с применением современных строительных материалов, то удельный показатель теплопотерь принято включать в расчеты со значением 34 Ватт.

При использовании первого или второго метода расчета теплопотерь здания укрупненным методом можно пользоваться поправочными коэффициентами, которые в некоторой степени отражают реальность и зависимость потерь тепла зданием в зависимости от различных факторов.

  1. Тип остекления:
  • тройной пакет 0,85,
  • двойной 1,0,
  • двойной переплет 1,27.
  1. Наличие окон и входных дверей увеличивает величину потерь тепла дома на 100 и 200 Ватт соответственно.
  2. Теплоизоляционные характеристики наружных стен и их воздухопроницаемость:
  • современные теплоизоляционные материалы 0,85
  • стандарт (два кирпича и утеплитель) 1,0,
  • низкие теплоизоляционные свойства или незначительная толщина стен 1,27-1,35.
  1. Процентное отношение площади окон к площади помещения: 10%-0,8, 20%—0,9, 30%—1,0, 40%—1,1, 50%—1,2.
  2. Расчет для индивидуального жилого дома должен производиться с поправочным коэффициентом порядка 1,5 в зависимости от типа и характеристик используемых конструкций пола и кровли.
  3. Расчетная температура наружного воздуха в зимний период (для каждого региона своя, определяется нормативами): -10 градусов 0,7, -15 градусов 0,9, -20 градусов 1,10, -25 градусов 1,30, -35 градусов 1,5.
  4. Тепловые потери так же растут в зависимости от увеличения количества наружных стен по следующей зависимости: одна стена – плюс 10% от тепловой мощности.

Но, тем не менее, определить какой метод даст точный и действительно верный результат тепловой мощности отопительного оборудования можно лишь после выполнения точного и полного теплотехнического расчета здания.

Теплотехнический расчет индивидуального жилого дома

Приведенные выше методики укрупненных расчетов больше всего ориентированы на продавцов или покупателей радиаторов систем отопления, устанавливаемых в типовых многоэтажных жилых домах. Но когда речь идет о подборе дорогостоящего котельного оборудования, о планировании системы отопления загородного дома, в котором кроме радиаторов будут установлены системы напольного отопления, горячего водоснабжения и вентиляции, пользоваться этими методиками крайне не рекомендуется.

Каждый владелец индивидуального жилого дома или коттеджа еще на стадии строительства достаточно скрупулезно подходит к разработке строительной документации, в которой учитываются все современные тенденции использования строительных материалов и конструкций дома. Они обязательно должны не быть типовыми или морально устаревшими, а изготовлены с учетом современных энергоэффективных технологий. Следовательно, и тепловая мощность системы отопления должна быть пропорционально ниже, а суммарные затраты на устройство системы обогрева дома значительно дешевле. Эти мероприятия позволяют в дальнейшем при использовании отопительного оборудования снижать затраты на потребление энергоресурсов.

Расчет теплопотерь выполняется в специализированных программах либо с использованием основных формул и коэффициентов теплопроводности конструкций, учитывается влияние инфильтрации воздуха, наличие или отсутствие систем вентиляции в здании. Расчет заглубленных цокольных помещений, а также крайних этажей производится по отличной от основных расчетов методике, которая учитывает неравномерность остывания горизонтальных конструкций, то есть потери тепла через крышу и пол. Выше приведенные методики этот показатель не учитывают.

Теплотехнический расчет выполняется, как правило, квалифицированными специалистами в составе проекта на систему отопления в результате которого производится дальнейший расчет количества и мощность приборов отопления, мощность отдельного оборудования, подбор насосов и другого сопутствующего оборудования.

В качестве наглядного примера выполним расчет теплопотерь в специализированной программе для трех домов, построенных по одной технологии, но с различной толщиной теплоизоляции наружных стен: 100 мм, 150 мм и 200 мм. Расчет ведется для угловой жилой комнаты с одним окном, площадью 8,12 м?. Регион строительства Московская область.

Исходные данные:

  • Помещение с обмером по наружным габаритам 3000х3000;
  • Окно размерами 1200х1000.

Целью расчета является определение удельной мощности системы отопления, необходимой для нагрева 1м?.

Результат:

  • Qуд при т/изоляции 100 мм составляет 103 Вт/м?
  • Qуд при т/изоляции 150 мм составляет 81 Вт/м?
  • Qуд при т/изоляции 200 мм составляет 70 Вт/м?

Как видно из расчета, наибольшие потери тепла составляют для жилого дома с наименьшей толщиной изоляции, следовательно, мощность котельного оборудования и радиаторов будет выше на 47% чем при строительстве дома с теплоизоляцией в 200 мм.

Инфильтрация воздуха или вентиляция зданий

Все здания в особенности жилые имеют свойство «дышать», то есть проветриваться различными способами. Это обусловлено созданием разряженного воздуха в помещениях за счет устройства вытяжных каналов в конструкциях дома либо дымоходов. Как известно, вентиляционные каналы создаются в зонах с повышенными выделениями загрязнений, таких как, кухни, ванные комнаты и санузлы.

Таким образом, при работе системы вентиляции или при проветривании соблюдается главное правило создания благоприятной среды воздуха в жилых зданиях: направление движения свежего воздуха должно быть организовано из помещений с постоянным пребыванием людей в направлении помещений с максимальным уровнем загрязнения.

То есть при правильном воздухообмене приточный воздух поступает в помещение через окно, вентиляционный клапан или приточную решетку и удаляется в кухнях и санузлах.

При расчете теплопотерь знания имеет принципиальное значение, какой способ вентиляции жилых помещений будет выбран:

  • Устройство механической вентиляции с подогревом приточного воздуха.
  • Инфильтрация — неорганизованный воздухообмен через неплотности в стенах, при открывании окон или при использовании заранее установленных воздушных клапанов в конструкции стен или оконных стеклопакетах.

В случае применения в жилом здании сбалансированной системы вентиляции (когда объем приточного воздуха больше или равен вытяжному, то есть исключаются любые прорывания холодного воздуха в жилые помещения) воздух, поступающий в жилые помещения, предварительно прогревается в вентиляционной установке. При этом мощность, необходимая для нагрева вентиляции, учитывается в расчете мощности котельного оборудования.

Расчет вентиляционной тепловой нагрузки производится по формуле:

Qвент= c*p*L*(t1-t2)

где, Q – количество тепла, необходимое для нагрева приточного воздуха, Вт;

с – теплоемкость воздуха, Дж/кг*град

p - плотность воздуха, кг/м3

L – расход приточного воздуха, м3/час

t1 и t2 – начальная и конечная температуры воздуха, град.

Если в жилых помещениях отсутствует организованный воздухообмен, то при расчете теплопотерь здания производится учет тепла, затрачиваемого системой отопления на нагрев инфильтрационного воздуха. При этом обогрев воздуха, поступающего в помещения осуществляется радиаторами систем отопления, то есть учитывается в их тепловой нагрузке.

Если в помещениях установлены герметичные стеклопакеты без встроенных воздушных клапанов, то потери тепла на нагрев воздуха, тем не менее учитываются. Это обусловлено тем, что в случае кратковременного проветривания, поступивший холодный воздух все равно требуется нагревать.

Для более комфортной вентиляции встраивается приточный стеновой клапан.

 

Учет количества инфильтрационной тепловой энергии производится по нескольким методикам, а в тепловом балансе здания в расчет принимается наибольшее из значений.

Например, количество тепла на нагрев воздуха, проникающего в помещения для компенсации естественной вытяжки, определяется по формуле:

Qинф=0,28*L*p*c*(tнар-tпом),

где, с – теплоемкость воздуха, Дж/кг*град

p - плотность воздуха, кг/м?

tнар – температура наружного воздуха, град,

tпом – расчетная температура помещения, град,

L – количество инфильтрационного воздуха, м?/час.

Количество воздуха, поступающего в зимний период в жилые помещения, как правило, обусловлено работой естественных вытяжных систем, поэтому в одном случае принимается равным объему вытягиваемого воздуха.

Количество вытяжки в жилых помещениях определяется согласно СНиП 41-01-2003 по нормативным показателям удаления воздуха от плит и санитарных приборов.

  • От кухонной плиты – электрической 60 м?/час или газовой 90 м?/час;
  • Из ванны и санузлов по 25 м?/час

Во втором случае данный показатель инфильтрации определяется исходя из санитарной нормы свежего наружного воздуха, который должен поступать в помещение для обеспечения оптимального и качественного состава воздушной среды в жилых помещениях. Этот показатель определяется по удельной характеристике: 3 м?/час на 1м? жилой площади.

За расчетное значение принимается наибольший расход воздуха и соответственно большее количество теплопотерь на инфильтрацию.

Пример: Так как здание, рассматриваемое в примере, построено по каркасному типу с установкой окон в деревянных переплетах, то при создании вытяжной вентиляции на кухне и в санузлах объем инфильтрации будет достаточно высок. Дома такого типа, как правило, являются наиболее «дышащими».

Инфильтрационная составляющая определяется согласно выше приведенным методикам. Расчет производится для всего жилого дома при условии, что на кухне установлена электроплита, на первом этаже находится санузел и ванная.

То есть объем вытяжного воздуха по первой методике составляет Lвыт=60+25+25=110 м?/ч,

а по второй методике санитарная норма приточного воздуха Lприт=3м?/ч*62м?(жилая площадь)=186 м3/час.

К расчету принимаем максимальное количество воздуха.

Qинф=0,28*186*1,2*1,005*(22+28)=3 140 Вт, что составляет 44Вт/м?.

Расчет тепловой нагрузки (мощности) для системы отопления помещения

Установка системы автономного отопления для частного дома или городской квартиры всегда начинается с создания проекта. Одной из главных задач, стоящих перед специалистами на этой стадии, является определение полной потребности имеющихся площадей в энергии нагретого теплоносителя для нужд отопления и, если необходимо, горячего водоснабжения.

Пример системы отопления частного дома

Для этого обычно выполняется расчет величины тепловых нагрузок или теплотехнический расчёт помещения. [contents]

Зачем нужен расчет тепловых нагрузок

Расчёт тепловой энергии на отопление необходим для правильного определения характеристик системы с учетом индивидуальных особенностей объекта: тип и назначение здания, количество проживающих людей, материал и конфигурация каждого помещения, географическое положение и многие другие. Вычисление размера тепловой нагрузки является отправной точкой для дальнейших расчетов параметров оборудования отопления:

  • Подбор мощности котла. Это самый важный фактор, определяющий эффективность системы отопления в целом. Производительность котла должна обеспечивать бесперебойную работу всех потребителей в любых условиях, в том числе и при наиболее низких температурах (в самую холодную пятидневку). Вместе с тем при избыточной мощности котла часть вырабатываемой энергии, а следовательно, и денег хозяев будет в буквальном смысле вылетать в трубу;
  • Согласование подключения к газовой сети. Для того чтобы получить разрешение на присоединение к газотранспортной магистрали, необходимо разработать ТУ на подключение. В заявке обязательно указывается планируемый годовой расход газа и оценка суммарной тепловой мощности всех потребителей;
  • Расчет периферийного оборудования. Тип и характеристики батарей, длина и сечение труб, производительность циркуляционного насоса и многие другие параметры также определяются в результате расчета тепловых нагрузок.

Приблизительные методики оценки

Точный расчет отопления помещения – это сложная инженерная задача, которая требует определенной квалификации и наличия специальных знаний. Именно поэтому ее чаще всего поручают специалистам.

Однако, как и в некоторых других случаях, существуют более простые способы, которые дают приблизительную оценку величины необходимой тепловой энергии и могут быть выполнены самостоятельно.

Можно выделить следующие методы определения тепловой нагрузки:

  • Расчёт по площади помещения. Существует мнение, что строительство жилых домов обычно производится по проектам, которые уже учитывают климатические особенности конкретного региона и предполагают использование материалов, обеспечивающих необходимый тепловой баланс. Поэтому при устройстве системы отопления с достаточной долей точности можно использовать коэффициент удельной мощности, который не зависит от конкретных особенностей здания.

    Для Москвы и области этот коэффициент обычно берется равным 100–150 Вт/м2, а полная нагрузка вычисляется его умножением на общую площадь помещения.

  • Учет объема и температуры. Немного более сложный алгоритм позволяет принять во внимание высоту потолков, уровень комфорта в зоне отопления, а также, очень приблизительно, учесть особенности самого здания.

    Тепловая нагрузка вычисляется по формуле: Q = V*ΔT*K/860. Здесь V – объем (произведение длины, ширины и высоты помещения), ΔT – разница температур внутри и снаружи, К – коэффициент потерь энергии тепла.

    Именно с помощью коэффициента К в расчет и закладываются конструктивные особенности здания. Например, для сооружений из двойной кирпичной кладки с обычной кровлей значение К берется из диапазона 1,0–1,9, а для упрощенных деревянных конструкций оно может достигать 3,0–4,0.

  • Метод укрупненных показателей. Этот метод похож на предыдущий, но используется для определения тепловой нагрузки при устройстве системы отопления больших объектов, например, многоквартирных зданий.

Несмотря на простоту и доступность, указанные методы дают лишь примерную оценку тепловой нагрузки вашего дома или квартиры. Результаты, полученные с их помощью, могут отличаться от реальных как в большую, так и в меньшую сторону. Недостатки устройства маломощной системы отопления очевидны, но и сознательно закладывать необоснованный запас по мощности также нежелательно. Использование более производительного, чем требуется, оборудования приведет к его быстрому износу, перерасходу электрической энергии и топлива.

Применять приведенные выше формулы на практике рекомендуется с большой долей осторожности. Такие расчеты могут быть оправданы в самых простых случаях, например, при выборе циркуляционного насоса для имеющегося котла или для получения грубых оценок величины затрат на отопление.

Точный расчет тепловой нагрузки

Эффективность теплоизоляции любого помещения зависит от его конструктивных особенностей. Известно, что основная часть тепловых потерь (до 40%) приходится на наружные стены, 20% – на оконные системы, по 10% – на крышу и пол. Остальное тепло уходит через двери и вентиляцию. Очевидно, что расчёт величины нагрузки на отопление обязательно должен учитывать эти особенности распределения тепловой энергии. Для этого используются соответствующие коэффициенты:

  • К1 – учитывает тип окон. Для двухкамерных стеклопакетов его значение равно 1, для трехкамерных – 0,85, для обычного остекления – 1, 27;
  • К2 – теплоизоляция стен. Может изменяться от 1 для пенобетона с улучшенной теплопроводностью до 1,5 для кладки в полтора кирпича или бетонных блоков;
  • К3 – конфигурация помещения (соотношение площади окон и пола). Естественно, чем больше окон, тем больше тепловой энергии уходит на улицу. При размерах остекления в 20% от площади пола этот коэффициент равен единице, при увеличении доли окон до 50% он также возрастает до 1,5;
  • К4 – минимальная уличная температура в течение всего сезона. Здесь логика также очевидна – чем холоднее на улице, тем большие коррективы необходимо вносить в расчет тепловых нагрузок. За единицу берется температура -20 °C, далее прибавляется или вычитается по 0,1 на каждые 5 °C;
  • К5 – количество наружных стен. Для одной стены коэффициент равен 1, для двух и трех – 1,2, для четырех – 1,33;
  • К6 – тип помещения над рассматриваемой комнатой. Если сверху жилой этаж – то 0,82, если теплый чердак – 0,91, для холодного чердака значение коэффициента равно 1,0;
  • К7 – учитывает высоту потолков. Чаще всего это 1,0 для высоты 2,5 м или 1,05 – для 3 м.

Определив все поправочные коэффициенты, можно рассчитать тепловые нагрузки для каждого помещения:

Qi=q*Si*K1*K2*K3*K4*K5*K6*K7,

где q =100 Вт/м2, а Si – площадь помещения. Из формулы видно, что каждый из указанных коэффициентов увеличивает расчетную величину теплопотерь, если его значение больше единицы, и уменьшает ее в противном случае.

Просуммировав теплопотери всех помещений, получаем общую величину мощности системы отопления:

Q=Σ Qi, i = 1…N,

где N – количество помещений в доме. Эту величину обычно увеличивают на 15–20% для создания запаса тепловой энергии на непредвиденные случаи: очень сильные морозы, нарушение теплоизоляции, разбитое окно и т. д.

Практический пример расчёта

В качестве примера рассмотрим расчет мощности оборудования, необходимой для отопления помещений брусового дома площадью 150 м2, имеющего теплый чердак, три внешние стены и окна из двойных стеклопакетов. Площадь остекления – 25%, высота стен 2,5 м. Температуру на улице в самую холодную пятидневку будем считать равной -28 °C.

Определяем поправочные коэффициенты:

  • К1=1,0 (двухкамерный стеклопакет).
  • К2=1,25 (материал стен – брус).
  • К3=1,1 (для площади остекления 21 – 29%).
  • К4=1,16 (считаем методом интерполяции для крайних значений: 1,1 при -25 °C и 1,2 при -30 °C).
  • К5=1,22 – три наружные стены.
  • К6=0,91 – наверху теплый чердак.
  • К7=1,0 – высота потолков 2,5 м.

Считаем полную тепловую нагрузку:

Q=100 Вт/м2*135 м2*1,0*1,25*1,1*1,16*1,22*0,91*1,0 = 23,9 кВт.

Теперь определяем мощность системы отопления: W=Q*1,2 = 28,7 кВт.

Отметим, что если бы для расчета мы использовали упрощенную методику, основанную на учете только площади помещения, то получили 15­–22,5 кВт (100–150 Вт х 150 м2). Система работала бы на пределе, без запаса по мощности. Таким образом, данный пример еще раз подчеркивает важность применения точных методик определения тепловых нагрузок на отопление.

% PDF-1.5
%
1 0 объект
>
/ Метаданные 2 0 R
/ Контуры 3 0 R
/ PageLayout / OneColumn
/ Страницы 4 0 R
/ StructTreeRoot 5 0 R
/ Тип / Каталог
>>
эндобдж
6 0 obj
>
эндобдж
2 0 obj
>
транслировать
2015-10-10T21: 05: 52 + 02: 002015-05-13T20: 57: 01 + 02: 002015-10-10T21: 05: 52 + 02: 00Acrobat PDFMaker 11 для Worduuid: f65264cd-a792-4d2e-a9dd- 4a949d4dbe47uuid: 2b3fc5bf-cf37-4142-9eda-3a1b719d67cb

  • 21
  • application / pdf

  • Panagiota Gianniou
  • Библиотека Adobe PDF 11.0D: 20150513185643DTU

    конечный поток
    эндобдж
    3 0 obj
    >
    эндобдж
    4 0 obj
    >
    эндобдж
    5 0 obj
    >
    эндобдж
    7 0 объект
    >
    эндобдж
    8 0 объект
    >
    эндобдж
    9 0 объект
    >
    / XObject>
    >>
    / Аннотации [31 0 R]
    / Родитель 4 0 R
    / MediaBox [0 0 595 842]
    >>
    эндобдж
    10 0 obj
    >
    / Шрифт>
    >>
    / Повернуть 0
    / StructParents 0
    / Вкладки / S
    / Тип / Страница
    >>
    эндобдж
    11 0 объект
    >
    / Шрифт>
    >>
    / Повернуть 0
    / StructParents 1
    / Вкладки / S
    / Тип / Страница
    >>
    эндобдж
    12 0 объект
    >
    / ExtGState>
    / Шрифт>
    / XObject>
    >>
    / Повернуть 0
    / StructParents 2
    / Вкладки / S
    / Тип / Страница
    >>
    эндобдж
    13 0 объект
    >
    / Шрифт>
    >>
    / Повернуть 0
    / StructParents 6
    / Вкладки / S
    / Тип / Страница
    >>
    эндобдж
    14 0 объект
    >
    / Шрифт>
    >>
    / Повернуть 0
    / StructParents 11
    / Вкладки / S
    / Тип / Страница
    >>
    эндобдж
    15 0 объект
    >
    / Шрифт>
    >>
    / Повернуть 0
    / StructParents 15
    / Вкладки / S
    / Тип / Страница
    >>
    эндобдж
    16 0 объект
    >
    / Шрифт>
    >>
    / Повернуть 0
    / StructParents 22
    / Вкладки / S
    / Тип / Страница
    >>
    эндобдж
    17 0 объект
    >
    / Шрифт>
    >>
    / Повернуть 0
    / StructParents 27
    / Вкладки / S
    / Тип / Страница
    >>
    эндобдж
    18 0 объект
    >
    / Шрифт>
    >>
    / Повернуть 0
    / StructParents 28
    / Вкладки / S
    / Тип / Страница
    >>
    эндобдж
    19 0 объект
    >
    эндобдж
    20 0 объект
    >
    эндобдж
    21 0 объект
    >
    эндобдж
    22 0 объект
    >
    эндобдж
    23 0 объект
    >
    эндобдж
    24 0 объект
    >
    эндобдж
    25 0 объект
    >
    эндобдж
    26 0 объект
    >
    транслировать
    xT] o @ | WSK

    Моделирование профилей электрической и тепловой нагрузки нежилых зданий для использования в долгосрочных прогнозах совокупной нагрузки

    Основные моменты

    В данной статье исследуются профили измеренных нагрузок более чем 100 зданий.

    Предлагается новый восходящий метод прогнозирования почасовых удельных тепловых и электрических нагрузок для каждого типа здания.

    Модели регрессии панельных данных рассчитаны для 7 различных типов нежилых зданий.

    Расчетные модели регрессии показывают хорошую значимость и соответствие.

    Профили нагрузки можно агрегировать для долгосрочного прогноза нагрузки на региональном или национальном уровне.

    Аннотация

    Долгосрочные прогнозы совокупного профиля электрической нагрузки имеют решающее значение для принятия решений об инвестициях в сеть и планирования энергосистем. В связи с текущими достижениями в области энергоэффективности новых и реконструируемых зданий и увязкой спроса на отопление и электроэнергию с помощью тепловых насосов долгосрочный прогноз нагрузки больше не может основываться на его исторической модели. В этом документе представлена ​​часть текущей работы, направленной на улучшение прогнозов профиля электрической нагрузки на национальном уровне на основе восходящего подхода.Предлагаемая методика позволяет учесть мероприятия по энергоэффективности зданий и внедрение тепловых насосов по агрегированному профилю электрической нагрузки. Основываясь на данных мониторинга более 100 нежилых зданий со всей Норвегии с почасовым разрешением, в этой статье представлены регрессионные модели панельных данных отдельно для тепловой нагрузки и удельной электрической нагрузки. Это различие имеет решающее значение, поскольку позволяет рассматривать будущие меры по повышению энергоэффективности и замену технологий отопления.Набор данных разделен на 7 типов зданий с двумя вариантами: обычное и энергоэффективное. Нагрузка зависит от часа дня, наружной температуры и типа дня, например, буднего и выходного. Полученные в результате оценки параметров характеризуют энергетическую сигнатуру для каждого типа и варианта здания, нормированные на единицу площади (м 2 ). Следовательно, можно генерировать профили нагрузки для типичных дней, недель и лет и делать агрегированные прогнозы нагрузки для данной области, требуя только температуры наружного воздуха и площадей пола в качестве дополнительных входных данных.

    Ключевые слова

    Профили нагрузки

    Прогноз нагрузки

    Электрическая нагрузка

    Тепловая нагрузка

    Статистический анализ

    Регрессионная модель

    Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

    © 2019 Авторы. Опубликовано Elsevier Ltd.

    Рекомендуемые статьи

    Цитирование статей

    Мы не можем найти эту страницу

    (* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

    {{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}} *

    {{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

    {{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}}
    {{addToCollection.description.length}} / 500

    {{l10n_strings.TAGS}}
    {{$ item}}

    {{l10n_strings.ПРОДУКТЫ}}

    {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}

    {{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

    {{l10n_strings.LANGUAGE}}
    {{$ select.selected.display}}

    {{article.content_lang.display}}

    {{l10n_strings.AUTHOR}}

    {{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

    {{$ select.selected.display}}

    {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}}
    {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}

    Обследование энергопотребления коммерческих зданий (CBECS)

    CBECS 2012 — Дата выпуска: 18 марта 2016 г.

    2012 CBECS

    Таблицы конечного потребления энергии для Детальных таблиц CBECS E1-E11 2012 года содержат оценки количества электроэнергии, природного газа, мазута и централизованного теплоснабжения, используемых для десяти конечных целей: отопление помещений, охлаждение, вентиляция, нагрев воды, освещение, приготовление пищи, охлаждение, вычислительная техника (включая серверы), офисное оборудование и другие виды использования.

    Хотя детали различаются в зависимости от источника энергии, процесс оценки конечного использования состоит из трех основных этапов:

    • Инженерное моделирование по конечному использованию,
    • Поперечные регрессии для калибровки инженерных оценок и учета дополнительных энергозатрат, и
    • Сверка оценок конечного использования с общим потреблением энергии зданием CBECS.

    Инженерные модели для конечного использования

    Инженерные модели конечного использования составляют основу процедуры оценки конечного использования.Источники для инженерных уравнений были из ASHRAE, Общества инженеров по освещению Северной Америки (IESNA) и других стандартных инженерных справочников. Актуальные значения параметров взяты из этих справочников и из крупномасштабных полевых исследований коммерческих зданий.

    Отопление и охлаждение помещений . На ранних этапах моделей отопления и охлаждения оценивается общая энергия, необходимая или ожидаемая для отопления и охлаждения в здании. В моделях учитываются потери (или приток тепла) здания как функция средневзвешенной проводимости здания и годовые градусо-дни нагрева (или охлаждения), основанные на тепловых свойствах материалов крыши и стен.Кроме того, модели учитывают потерю (или прирост) тепла вентиляцией в зависимости от объема наружного воздуха, поступающего в здание каждый день, разницы температур между наружным и внутренним воздухом и теплоемкости воздуха. После того, как общая энергия, необходимая для нагрева и охлаждения, была оценена, количество каждого конкретного топлива, используемого для отопления и охлаждения, моделируется с использованием информации CBECS об используемом топливе, типе оборудования, средних оценках эффективности оборудования и предполагаемой процентной доле нагреваемого или холодного топлива. охлаждаемые полы.

    Вентиляция. Инженерная модель вентиляции оценивает использование энергии приточным и возвратным вентиляторами. Для оценки общего объема вентилируемого воздуха модель опирается на объемы внешней вентиляции. Модель учитывает различия в статическом давлении в зависимости от типа системы и площади здания. Типичные данные метеорологического года помогли разработать оценки переменных факторов энергии объема воздуха по климатическим зонам.

    Водяное отопление. Модель водяного отопления использует показатели активности здания и размеров из интервью CBECS для оценки количества горячей воды, необходимой в здании.Температура грунтовых вод и эффективность системы водонагревательного оборудования используются для преобразования этой оценки в общее количество потребляемой энергии. Чтобы учесть изменение в использовании энергии по типу системы, в модели используются индикаторы типа оборудования и того, подается ли вода с помощью типов мгновенного нагрева, чтобы определить, используются ли накопление и распределение. Дополнительное потребление энергии оценивается в системах с вспомогательными водонагревателями, которые работают при высоких температурах.

    Освещение. Модель освещения оценивает потребление электроэнергии от внутреннего и внешнего освещения для всех типов зданий. Модель рассчитывает потребление энергии как коэффициент средней мощности лампы на площадь помещения и среднегодовых рабочих часов. Часть внутреннего освещения полагается на информацию от CBECS о процентной площади этажа, освещенной каждым типом лампы, и часах работы здания. Модель предполагает среднюю эффективность ламповой системы (люмен на ватт) для каждого типа лампы и рекомендуемые средние уровни освещенности по типу здания.

    Кулинария. Модель приготовления пищи оценивает потребление энергии для приготовления природного газа и электроэнергии. Коммерческие кухни могут быть самыми разными по своему устройству, но CBECS собирает ограниченную информацию о типах и количестве кухонного оборудования, используемого в коммерческих зданиях. Хотя существует несколько исследований потребления энергии для приготовления пищи в коммерческих целях, исследование конечного коммерческого использования в Калифорнии (CEuS) 2005 г., спонсируемое Комиссией по энергетике Калифорнии ( Исследование конечного коммерческого использования в Калифорнии, .CEC-400-2006-005. Сакраменто, Калифорния: CEC, 2006) дает оценку условной интенсивности. Настоящая модель сочетает в себе интенсивности CEuS вместе с информацией CBECS о площади пола и индикаторами CBECS использования топлива для приготовления пищи. Количество мазута и централизованного теплоснабжения, используемых для приготовления пищи, было оценено с использованием показателей интенсивности конечного использования CBECS за 2003 год.

    Холодильное оборудование. Модель охлаждения рассчитывает потребление электроэнергии в коммерческом холодильном оборудовании. CBECS собирает информацию о количестве, но не о размере холодильников, используемых в коммерческих зданиях.Модель включает информацию CBECS о количестве холодильников и типе здания, но в основном полагается на оценки интенсивности конечного использования CEuS по типам зданий для оценки потребления холода.

    Офисное и вычислительное оборудование. Модель офисного оборудования позволяет оценить потребление электроэнергии офисным оборудованием для всех типов зданий. Модель делит потребление электроэнергии офисным оборудованием на два компонента: компьютерное оборудование и другие офисные электрические нагрузки.Компьютерное оборудование включает ПК, ноутбуки, мониторы, серверы и центры обработки данных. Некомпьютерное оборудование включает копировальные аппараты, принтеры, факсимильные аппараты, кассовые аппараты и видеодисплеи.

    Прочее. Модель для разных видов использования электроэнергии основана на инженерных оценках. Поскольку многие типы оборудования используют электричество, CBECS прямо не спрашивает, используется ли электричество для неуказанных «других» видов использования электроэнергии. Таким образом, инженерная модель оценивает использование «прочего» электричества, применяя интенсивности CEuS для разного, технологического оборудования, двигателей и воздушных компрессоров к площади пола CBECS.Затем эти оценки были скорректированы с учетом количества месяцев эксплуатации здания в году. Поскольку централизованное теплоснабжение в основном используется для отопления, нагрева воды, охлаждения и приготовления пищи, которые были явно смоделированы, и учитывая относительно небольшое количество случаев и недостаток информации, районная модель не рассчитывает «другое» потребление. Для мазута и природного газа модель для других видов использования энергии основана на регрессионных оценках.

    Поперечные регрессии
    Модели поперечной регрессии использовались для калибровки инженерных оценок.Модели поперечной регрессии соответствовали потреблению на квадратный фут в качестве зависимой переменной, а независимые переменные были определены по соответствующей шкале. Помимо инженерных оценок, независимые переменные могут включать фиктивные переменные для наличия энергоемкого оборудования или процессов, таких как топливо, используемое для производства или производства электроэнергии. Были определены дополнительные фиктивные переменные, чтобы указать, что какое-то другое топливо использовалось в качестве вторичного источника тепла в здании.

    Окончательная сверка
    Для зданий с известным потреблением конкретного топлива было рассчитано соотношение между этим потреблением и суммой смоделированных оценок конечного потребления этого топлива, и этот коэффициент согласования был применен к смоделированным оценкам конечного использования, чтобы гарантировать, что эти оценки складываются. к общему заявленному потреблению.

    Для зданий, в которых общее потребление электроэнергии или природного газа было неизвестно, необходимо было условно исчислить это потребление.Смоделированные конечные виды использования были использованы в качестве основы для этого условного исчисления. Поскольку для этих зданий невозможно было рассчитать коэффициент согласования, здания с известным потреблением были сгруппированы в соответствии с основной строительной деятельностью. Был рассчитан средний коэффициент согласования для каждой группы видов деятельности и применен к зданиям с неизвестным потреблением в этой группе, чтобы получить окончательную вмененную оценку потребления. Аналогичный процесс использовался для мазута и централизованного теплоснабжения, за исключением того, что группы были сформированы с использованием различных переменных для учета меньшего размера выборки зданий, использующих эти виды топлива.

    2003 CBECS

    Таблицы конечного потребления энергии за 2003 год (подробные таблицы E1-E11 и E1A-E11A) содержат оценки количества электроэнергии, природного газа, мазута и централизованного теплоснабжения, используемых для десяти конечных целей: обогрев помещений, охлаждение, вентиляция. , водяное отопление, освещение, приготовление пищи, охлаждение, персональные компьютеры, офисное оборудование (включая серверы) и другие виды использования.

    Хотя детали зависят от источника энергии (таблица 1), процесс оценки конечного использования состоит из четырех основных этапов:

    • Регрессии месячного потребления в градусо-дни для определения эталонных температур для инженерных моделей,
    • Инженерное моделирование по конечному использованию,
    • Поперечные регрессии для калибровки инженерных оценок и учета дополнительных энергозатрат, и
    • Сверка оценок конечного использования с общим потреблением энергии зданием CBECS.
    Таблица 1. Краткое изложение шагов по оценке конечного потребления с разбивкой по источникам энергии, 2003 CBECS
    Ступени Электричество Природный газ Мазут Централизованное теплоснабжение
    Ежемесячная регрессия Выполнено с использованием данных 1500 зданий Выполнено с использованием данных по 1000 зданий Данные по месяцам отсутствуют, результаты использования природного газа
    Инженерные модели Для всех конечных целей Предназначен для всех видов конечного использования, кроме вторичного нагрева, приготовления пищи и «прочего» использования Предназначено для всех видов конечного использования
    Поперечные регрессии Не выполнено Выполнено Не выполнено
    Выверка и пропорциональное распределение Результаты ежемесячной регрессии, использованные для корректировки отопления и охлаждения, затем пропорционально распределены Пропорционально соответствует общему энергопотреблению здания

    Ежемесячные регрессии

    Ежемесячные данные о потреблении и данные о градусах были доступны примерно для 1 500 зданий для электричества и 1 000 зданий для природного газа в выборке зданий 2003 года.Эти данные позволяют проанализировать зависимость расхода от температуры. Градус-день рассчитывались для периодов, определяемых фактическими датами считывания показаний счетчика каждый месяц для каждого случая. Результаты анализа определяют подходящую основу градусо-дня для моделирования использования энергии отопления и охлаждения. Средние расчетные эталонные температуры служат входными данными для инженерных моделей для всех случаев.

    Инженерные модели для конечного использования

    Инженерные модели конечного использования составляют основу процедуры оценки конечного использования.Источники для инженерных уравнений были из ASHRAE, Общества инженеров по освещению Северной Америки (IESNA) и других стандартных инженерных справочников. Значения параметров взяты из этих справочников и из крупномасштабных полевых исследований коммерческих зданий.

    Отопление и охлаждение помещений. Модели отопления и охлаждения оценивают энергопотребление систем отопления (первичных и вторичных) и систем охлаждения для всех источников энергии. В моделях учитываются потери (или прирост) тепла в здании как функция средневзвешенной проводимости здания и градусо-дней нагрева (или охлаждения).Модель учитывает потерю (или прирост) тепла вентиляции как функцию объема наружного воздуха, подаваемого в здание каждый день, разницы температур между наружным и внутренним воздухом и теплоемкости воздуха. Начиная с информации CBECS о типе оборудования и предполагаемой процентной доле обогреваемых или охлаждаемых площадей, модель опирается на средние оценки эффективности оборудования, а также на расчеты потерь (или выигрышей) на теплопроводность и вентиляцию.

    Вентиляция. Инженерная модель вентиляции оценивает использование энергии приточным и возвратным вентиляторами. Для оценки общего объема вентилируемого воздуха модель опирается на объемы внешней вентиляции. Модель учитывает различия в статическом давлении в зависимости от типа системы и площади здания. Данные за типичный метеорологический год помогли разработать оценки переменных факторов энергии объема воздуха по климатическим зонам.

    Водяное отопление. Модель нагрева воды использует эффективность системы для преобразования нагрузки нагрева воды в общее количество потребляемой энергии, где нагрузка — это количество энергии, необходимое для нагрева определенного количества воды до заданной температуры.Дополнительная энергия используется в системах, распределяющих горячую воду по всему зданию, или в системах с накопительными баками. Чтобы учесть изменение в использовании энергии по типу системы, в модели используются индикаторы типа оборудования и того, подается ли вода с помощью типов мгновенного нагрева, чтобы определить, используются ли накопление и распределение.

    Освещение. Модель освещения оценивает потребление электроэнергии от внутреннего и внешнего освещения для всех типов зданий. Модель рассчитывает потребление энергии как коэффициент средней мощности лампы на площадь помещения и среднегодовых рабочих часов.Часть внутреннего освещения полагается на информацию от CBECS о процентном соотношении площади этажа, освещенной каждым типом лампы, и часах работы здания. Модель предполагает среднюю эффективность ламповой системы (люмен на ватт) для каждого типа лампы и рекомендуемые средние уровни освещенности по типу здания.

    Оргтехника. Офисная модель оценивает потребление электроэнергии офисным оборудованием для всех типов зданий. Модель делит потребление электроэнергии оргтехникой на четыре составляющих.Одно подразделение разделяет использование офисной электроэнергии на компьютерное оборудование и другие офисные электрические нагрузки. Компьютерное оборудование включает компьютеры, мониторы и принтеры. Некомпьютерное оборудование включает копировальные аппараты, факсы, кассовые аппараты и серверы. Другое подразделение отделяет офисную электроэнергию, используемую в часы работы здания, от электроэнергии, используемой в нерабочее время здания.

    Готовка . Модель оценивает потребление энергии для приготовления пищи для централизованного теплоснабжения и электричества.Коммерческие кухни могут быть самыми разными по своему устройству, но CBECS собирает ограниченную информацию о типах и количестве кухонного оборудования, используемого в коммерческих зданиях. Хотя существует несколько исследований потребления энергии для приготовления пищи в коммерческих целях, исследование конечного коммерческого использования в Калифорнии (CEuS) 2005 г., спонсируемое Комиссией по энергетике Калифорнии ( Исследование конечного коммерческого использования в Калифорнии, . CEC-400-2006-005. Сакраменто, Калифорния: CEC, 2006) содержит оценочные условные интенсивности. Настоящая модель сочетает в себе интенсивности CEuS вместе с информацией CBECS о площади пола и индикаторами CBECS использования топлива для приготовления пищи.Модели поперечной регрессии используются для оценки приготовления мазута и природного газа.

    Холодильное оборудование . Модель охлаждения рассчитывает потребление электроэнергии в коммерческом холодильном оборудовании. CBECS собирает информацию о количестве, но не о размере холодильников, используемых в коммерческих зданиях. Модель включает информацию CBECS о количестве холодильников и типе здания, но в основном полагается на оценки интенсивности конечного использования CEuS по типам зданий для оценки потребления холода.

    Прочее. Модели электроснабжения и централизованного теплоснабжения основаны на инженерных расчетах. Поскольку многие типы оборудования используют электричество, CBECS прямо не спрашивает, используется ли электричество для неуказанных «других» видов использования электроэнергии. Таким образом, инженерная модель оценивает использование «прочего» электричества, применяя интенсивности CEuS для разного, технологического оборудования, двигателей и воздушных компрессоров к площади пола CBECS. Затем эти оценки были скорректированы с учетом количества месяцев эксплуатации здания в году.Поскольку централизованное теплоснабжение в основном используется для отопления, нагрева воды, охлаждения и приготовления пищи, которые были явно смоделированы, и учитывая относительно небольшое количество случаев и недостаток информации, районная модель не рассчитывает «другое» потребление. Для мазута и природного газа модель для других видов использования энергии основана на регрессионных оценках.

    Поперечные регрессии

    Поперечные регрессионные модели использовались для калибровки инженерных оценок природного газа и мазута.Модели поперечной регрессии для природного газа соответствовали потреблению на квадратный фут в качестве зависимой переменной, а независимые переменные были определены в соответствующей шкале. Помимо инженерных оценок, независимые переменные включали фиктивные переменные для наличия прачечной, уборщика или центрального завода, а также для указания использования природного газа для производства или производства электроэнергии. Были определены дополнительные фиктивные переменные, чтобы указать, использовался ли природный газ или какое-либо другое топливо в качестве вторичного источника тепла в здании.

    Поперечные регрессионные модели мазута соответствовали расходу CBECS на квадратный фут в качестве зависимой переменной. Независимые переменные, определенные в соответствующей шкале, включали инженерные оценки и фиктивные переменные для наличия центрального завода или использования мазута для производства или производства электроэнергии. Были определены дополнительные фиктивные переменные, чтобы указать, использовалось ли мазут или какой-либо другой источник энергии в качестве вторичного источника тепла в здании.

    Окончательная сверка

    Для электроэнергии сверка с общим потреблением проводилась в два этапа. Во-первых, результаты ежемесячной модели использовались для получения приблизительных оценок годового использования отопления и охлаждения. Для каждого случая с ежемесячными оценками регрессии рассчитывалось отношение этой оценки нагрева или охлаждения к соответствующей предварительной инженерной оценке. Затем были проанализированы медианные отношения по размеру зданий, активности и возрасту, а также по климатическим зонам.Поскольку результаты показали определенную вариацию в зависимости от климатической зоны, медианные отношения использовались для корректировки инженерных оценок для первичного электрического тепла и электрического охлаждения для всех случаев. Во-вторых, скорректированные инженерные оценки были пропорционально распределены, чтобы соответствовать оценке CBECS общего потребления электроэнергии в здании.

    Для природного газа и мазута скорректированная инженерная оценка была пропорционально распределена для соответствия общему потреблению здания. Для централизованного теплоснабжения инженерные оценки были пропорционально распределены для соответствия общему потреблению здания.

    1999 CBECS

    Оценки конечного потребления за 1999 г. отсутствуют.

    1989, 1992 и 1995 CBECS

    Таблицы конечного потребления энергии за 1989, 1992 и 1995 годы содержат оценки количества природного газа и электроэнергии, использованных специально для девяти конечных целей: обогрев помещений, охлаждение, вентиляция, водонагревание, освещение, приготовление пищи, охлаждение, офисное оборудование, и другие.

    Оценки конечного использования были рассчитаны с использованием двух основных источников данных: (1) данных обследования, собранных CBECS, и (2) моделирования энергопотребления зданий, предоставленных системой отбора решений по энергопотреблению предприятия (FEDS).CBECS предоставил данные о характеристиках зданий и общем потреблении энергии (т.е. для всех конечных пользователей) для национальной выборки коммерческих зданий. Используя данные, собранные CBECS, инженерные модули FEDS использовались для оценки энергопотребления по конечным потребителям. Затем инженерные оценки FEDS были статистически скорректированы для соответствия общему потреблению энергии CBECS.

    В этом разделе кратко описывается методология оценки нагрузки FEDS, процедура статистической корректировки и остальные шаги, необходимые для получения окончательных оценок конечного использования.

    Инженерные оценки для проверки решений по энергопотреблению предприятия

    Данные о потреблении энергии, предоставленные поставщиками энергии, охватывают все виды конечного использования в коммерческих зданиях. Общее потребление энергии можно разделить на конечное потребление с помощью нескольких подходов: инженерное моделирование, статистическое моделирование или гибридный подход, известный как метод статистически скорректированного инжиниринга (SAE). Оценки конечного использования CBECS были разработаны с использованием подхода SAE, при этом система FEDS предоставляет первоначальные инженерные оценки.

    Программное обеспечение FEDS было разработано для США. Федеральная программа энергоменеджмента Министерства энергетики и США Научно-исследовательская лаборатория армейского строительства в качестве инструмента для проверки групп зданий на федеральных объектах (например, армейских базах) на предмет модернизации с целью повышения энергоэффективности. Инженерные модули, которые оценивают энергетическую нагрузку, подлежащую оптимизации при модернизации, являются одними из серии хорошо известных имитаций энергопотребления зданий, которые включают DOE-2 и ASEAM. FEDS использует высокоуровневую информацию об установке (количество, возраст, размер и типы зданий и энергосистем), внутреннюю базу данных типичных конфигураций энергосистем и данные о производительности, а также сложные модели моделирования и оптимизации энергопотребления для оценки чистого присутствия. стоимость потенциальной модернизации энергетических установок на федеральных объектах.

    Инженерные модели FEDS предназначены для получения оценок для пяти конечных целей: обогрев помещений, охлаждение, вентиляция, освещение и нагрев воды. Два других конечных использования, приготовление пищи и охлаждение, также рассчитываются внутри модели, хотя они не являются частью обычных выходных данных FEDS. Эти семь конечных пользователей плюс «другое» конечное использование представляют собой FEDS, учитывающую общее конечное использование здания. Оценки использования энергии офисным оборудованием не были предоставлены моделью FEDS.

    Оценки для первых пяти конечных пользователей основаны на детальном инженерном моделировании зданий.Оценки для последних двух основаны на параметрах, разработанных в рамках Региональной программы мониторинга конечного использования (REMP), ранее известной как исследование нагрузки конечного использования и оценки потребителей (ELCAP). REMP был крупным проектом по мониторингу конечного использования, спонсируемым Энергетической администрацией Бонневилля. Поскольку он был разработан для использования на объектах, необходимо ввести только общее описание здания для интерактивной оценки энергетических нагрузок здания, опираясь на обширный ряд внутренних значений по умолчанию.Некоторые из этих значений по умолчанию были основаны на данных из предыдущего CBECS, но многие были основаны на исследовании REMP. Для использования с CBECS интерфейс FEDS был изменен с интерактивного на пакетный, при этом данные обследования CBECS предоставляют как можно больше значений.

    Помимо значений, относящихся к характеристикам здания, для инженерных расчетов также требовались почасовые погодные профили. Для каждого календарного месяца рассчитывались и вводились в модель средние значения температуры, влажности и облачности в течение каждого часа дня.

    Статистически скорректированные инженерные оценки

    Оценки FEDS основывались только на характеристиках здания и погодных условиях. На этапе статистически скорректированного инжиниринга (SAE) инженерные оценки были изменены, чтобы соответствовать наблюдаемым данным потребления CBECS. Основная идея метода SAE проста. Пусть euibfu будет конечным потреблением на квадратный фут, оцененным моделью FEDS для строительства b , топлива f и конечного использования u , и пусть eui bf будет общим потреблением энергии ( из Обзора поставщиков энергии CBECS) на квадратный фут для здания b и топлива f .Тогда набор коэффициентов afu можно оценить статистически, то есть с помощью множественной регрессии, так что:

    Коэффициенты корректируют инженерные оценки FEDS в сторону увеличения или уменьшения в соответствии с заявленным потреблением энергии. eûi bf упоминаются как оценки SAE. Если каждое оценочное значение a fu равно единице, значения eui будут такими же, как рассчитанные в инженерной модели. Значение, отличное от одного, может отражать множество факторов.Модель FEDS принимает значения для ряда инженерных переменных на основе типичного или среднего здания. Если характеристики в образцах зданий в среднем отличаются от предполагаемых значений, то фактические eui будут отличаться от инженерных eui .

    Основное уравнение SAE, приведенное выше, предполагает постоянную погрешность инженерных оценок. Однако предположение о постоянном смещении может быть неуместным. Смещение может варьироваться по ряду параметров.Тип здания, возраст здания, плотность населения и наличие энергоемких видов деятельности в здании были некоторыми из переменных, исследованных для изучения закономерностей смещения. Для включения этих элементов было разработано нелинейное уравнение SAE. Нелинейная структура позволила повысить гибкость в том, как переменные, такие как возраст здания и плотность занятости, могли взаимодействовать с инженерными оценками конечного потребления. Уравнения SAE оценивались отдельно для электроэнергии, природного газа, мазута и централизованного теплоснабжения.

    Окончательная оценка конечного использования

    Поскольку процедура SAE откалибровала инженерные оценки по отчетным данным для совокупности зданий, оценки SAE для отдельных зданий все еще могут отличаться от значений в главном файле CBECS. Для окончательных оценок конечного использования стоимость в Основном файле CBECS (заявленная или условно исчисленная) была пропорционально распределена пропорционально оценкам SAE.

    Оценка офисного оборудования была также произведена после оценки SAE с использованием оценок REMP и оценок Артура Д.Little Inc. (ADL). База данных REMP содержит оценки подкомпонентов «прочего» конечного потребления и использовалась для оценки доли офисного оборудования в «прочем» потреблении энергии конечным потребителем для CBECS 1989 и 1992 годов. В офисное оборудование входило крупное компьютерное оборудование (если данные CBECS указывали на наличие компьютерной зоны с отдельной системой кондиционирования воздуха), персональное компьютерное оборудование и общее офисное оборудование (пишущие машинки, копировальные аппараты, кассовые аппараты и т. Д.). Для CBECS 1995 года оценки энергопотребления компьютеров REMP были заменены более свежими оценками ADL до расчета доли офисного оборудования.


    Конкретные вопросы по этому продукту можно направлять по адресу:

    Джей Олсен
    [email protected]gov

    Временные ряды потребности в тепле и эффективности теплового насоса для моделирования энергосистемы

    В этом разделе описывается методология, лежащая в основе набора данных When2Heat. Сначала вводятся данные, которые служат входными данными для расчета потребности в тепле и временного ряда COP.Далее подробно представлены процедуры, применяемые для подготовки временных рядов потребности в тепле и временных рядов COP, соответственно. Наконец, указывается доступность кода.

    Входные данные

    Временные ряды настоящего набора данных основаны на данных о погоде из архива ERA-Interim, глобального атмосферного реанализа Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) 11 . Используются следующие параметры:

    Температурные параметры извлекаются за период с 2008 по 2018 год с шестичасовым временным разрешением, а данные скорости ветра за все доступные годы (1979–2018 годы) извлекаются с месячным разрешением.Все параметры имеют пространственную сетку 0,75 × 0,75 °, что эквивалентно прибл. 28 × 17 км. Что касается скорости ветра, для каждого местоположения определяется среднее значение всех отопительных периодов с октября по апрель с 1979 по 2018 год, что служит для их классификации в следующих местах на «нормальные» и «ветреные».

    Для их пространственного агрегирования местные временные ряды взвешиваются с использованием геоданных населения из набора данных Eurostat GEOSTAT (http://ec.europa.eu/eurostat/web/gisco/geodata/reference-data/population-distribution-demography/geostat ).Эти данные изначально имеют разрешение 1 км² и, таким образом, изначально отображаются в сетке 0,75 × 0,75 ° данных ERA-Interim. Для окончательного масштабирования профилей спроса годовые данные о конечном потреблении энергии для отопления помещений и нагрева воды в жилых и нежилых зданиях извлекаются из базы данных ЕС по зданиям (http://ec.europa.eu/energy/en/ eu-Building-database).

    Временной ряд потребности в тепле

    Профили потребности в тепле во времени определяются тремя факторами: погодными условиями, свойствами здания и поведением людей.Его расчет может осуществляться либо статистическими методами, включая стандартные и эталонные профили нагрузки, либо физическими подходами (для обзора см. Fischer и др. . 12 ). Для набора данных When2Heat была выбрана немецкая статистическая методология расчета стандартных профилей нагрузки газа, которая постоянно используется поставщиками газа для потребителей, не измеряющих ежедневные дозировки. Профили явно относятся к обогреву помещений и воды, и предполагается, что (1) работа газового котла соответствует первоначальной потребности в тепле и (2) здания, отапливаемые газом, являются репрезентативными для всего строительного фонда.

    Методология стандартного профиля нагрузки газа была представлена ​​BGW 7 и обновлена ​​BDEW 8 . Хотя расчет дневных эталонных температур в равной степени включен в обе ссылки, расчет дневной потребности был уточнен в BDEW 8 , а расчет средней скорости ветра (для назначения различных профилей) и расчет почасовая потребность описана исключительно в BGW 7 . {\ circ} C + {b} _ {вода} \ end {array} \ right \}, $$

    (2)

    с T 0 = 40 ° C .BDEW 8 представляет наборы параметров функции профиля, A, B, C, D , м пространство , b пространство , м вода , b вода , для различных типов зданий, а именно для односемейных домов, многоквартирных домов и коммерческих зданий. Параметры для более или менее чувствительных к температуре профилей предоставляются для различных региональных погодных условий, которые связаны с местной скоростью ветра 7 .Таким образом, все местоположения сгруппированы на основе усредненных данных скорости ветра ERA-Interim: для средних значений выше 4,4 м / с применяются сигмовидные функции для «ветреных» местоположений. В противном случае локации относятся к «нормальной» категории. На рис. 4 показан набор функций результирующего профиля.

    Рис. 4

    Коэффициенты суточной потребности в тепле в зависимости от эталонной температуры. Примерные функции профиля для односемейных домов (SFH), многоквартирных домов (MFH) и коммерческих зданий (COM), а также для односемейных домов в ветреных местах (SFH_windy).Кроме того, отображаются коэффициенты суточной потребности в отоплении воды для частных домов (SFH_water).

    Временные ряды почасовой потребности выводятся для каждого местоположения из дневных значений с помощью почасовых факторов спроса. BGW 7 представляет эти коэффициенты для различных типов зданий, десяти различных диапазонов температур и — в случае коммерческих зданий — различных дней недели (см. Стр. 55 для одно- и многоквартирных домов и стр. 85–86 для коммерческих зданий). . Обратите внимание, что разные классы различаются долей старых зданий и типом торговли, но здесь учитывается средний показатель по Германии.Эти факторы спроса можно интерпретировать как почасовые доли ежедневного спроса, то есть они составляют 100% в день. Для коммерческих зданий BGW 7 дополнительно выводит коэффициенты буднего дня, которые масштабируют дневную потребность в соответствии с днем ​​недели. На рисунке 5 показан выбор почасовых факторов спроса, в которые уже включены факторы буднего дня, то есть почасовые факторы каждого дня суммируются с фактором буднего дня в случае коммерческих зданий.

    Рис. 5

    Факторы почасовой нагрузки при различных диапазонах температур.Примеры функций для односемейных домов (SFH), многоквартирных домов (MFH) и коммерческих зданий (COM). Обратите внимание, что только факторы коммерческих построек зависят от дня недели.

    Отдельные временные ряды для отопления помещений и воды представляют интерес, например, чтобы учесть их различные уровни температуры для расчета COP. В BDEW 8 независимый от температуры компонент сигмовидной функции, параметр D , и линейная функция для нагрева воды, \ ({m} _ {water} \ cdot {T} _ {d, l} ^ { ref} + {b} _ {water} \), связаны с расходом газа на нагрев воды.{\ circ} C \ end {array} \ right. $$

    (3)

    Что касается почасовых факторов спроса, то в BGW 7 нет такого явного различия между обогревом помещения и водой. Однако, если предположить, что при высоких температурах окружающего воздуха обогрев помещений не происходит, почасовые коэффициенты потребления для самого высокого диапазона температур (выше 25 ° C) связаны с нагревом воды. Следовательно, суточные коэффициенты нагрева воды умножаются на коэффициенты почасовой потребности при высоких температурах (включая коэффициенты рабочих дней для коммерческих зданий) для расчета временных рядов потребности в нагреве воды для каждого типа здания.Потребность в отоплении помещения рассчитывается как разница между общей потребностью в тепле и потребностью в нагреве воды. Таким образом, летом при почасовом разрешении возникают некоторые отрицательные значения, которые установлены на ноль.

    Наконец, результирующие временные ряды пространственного спроса взвешиваются с использованием геоданных Евростата по населению, агрегируются по странам и нормализуются к среднему годовому спросу в один ТВт-час. Таким образом, погодные изменения за год приводят к тому, что точная годовая сумма нормализованного временного ряда колеблется около одного ТВтч.Для 2008–2013 годов, данные по которым доступны из базы данных ЕС по зданиям, профили дополнительно масштабируются с учетом годового конечного потребления энергии для отопления. Для жилого сектора временные ряды спроса на одно- и многоквартирные дома агрегированы с учетом соотношения 70:30. После масштабирования временные ряды для жилого и нежилого секторов агрегируются отдельно для отопления помещений и нагрева воды. Затем конечное потребление энергии для отопления преобразуется в полезную потребность в тепле, предполагая, что средняя эффективность преобразования равна 0.9, а временные ряды скорректированы с учетом перехода на летнее время и разных часовых поясов. Временные ряды по отоплению помещений и водонагревателям в конечном итоге агрегируются, но в набор данных также включаются отдельные временные ряды.

    Временной ряд COP

    COP тепловых насосов обычно зависит от температуры и условий теплопередачи в источнике тепла и на радиаторе, которые, в свою очередь, связаны с техническими характеристиками и изменяющимися погодными условиями.

    Температурная зависимость COP для термодинамически идеального процесса описывается КПД Карно, который может быть уменьшен с коэффициентом качества для моделирования реальных процессов теплового насоса 13 .{2}, & WSHP \ end {array} \ right. $$

    (4)

    Для простоты ASHP с регулируемой скоростью не учитывались в регрессии, т.е. включены только тепловые насосы с двухпозиционным модулированием. Обратите внимание, что эта лабораторная параметризация COP скорректирована с учетом реальной неэффективности в следующем.

    Рис. 6

    Расчет кривых COP. Квадратичные регрессии выполняются по данным производителя 9 , различая тепловые насосы с воздушным источником (ASHP), тепловые насосы с грунтовым источником (GSHP) и тепловые насосы с грунтовыми водами (WSHP).{источник}. $$

    (5)

    В зависимости от температуры источника различают разные типы тепловых насосов. Для ASHP напрямую используется температура окружающего воздуха из набора данных ERA-Interim. Для GSHP данные производителя относятся к температуре рассола, а не к температуре грунта. Чтобы учесть передачу тепла от земли к рассолу, разница температур в 5 K вычитается из температуры грунта ERA-Interim. Для WSHP учитываются постоянная температура 10 ° C и разница температур 5 K для возможных промежуточных теплообменников.{amb}, & пол \, отопление \ end {array} \ right. $$

    (6)

    В случае водяного отопления предполагается постоянная температура радиатора 50 ° C в соответствии с немецкими полевыми измерениями 10 .

    Рис. 7

    Расчет кривых нагрева. Собственные предположения сравниваются с литературными данными из Fischer и др. . 14 и Набе и др. . 15 , различающие радиаторы и системы теплого пола.HT: высокотемпературный; LT: низкотемпературный. {- 1}, $$

    (7)

    где \ ({\ dot {Q}} _ {h, l} \) и \ ({\ dot {Q}} _ {h, c} \) обозначают пространственные и национальные временные ряды спроса на тепло, которые рассчитывается, как описано выше. P h, c — национальное потребление электроэнергии тепловыми насосами. Для простоты временные ряды COP не различают разные типы зданий, и здесь используется сумма нормализованных временных рядов потребности в тепле для разных типов зданий. Временные ряды COP для систем напольного и радиаторного отопления пространственно агрегированы относительно временных рядов потребности в отоплении помещений, тогда как временные ряды COP для водяного отопления пространственно агрегированы с использованием временных рядов потребности в водяном отоплении.

    Постоянный поправочный коэффициент применяется ко всем временным рядам COP для учета таких реальных эффектов. Как показано в разделе «Техническая проверка», полученные временные ряды COP значительно отличаются от полевых измерений. Это можно объяснить предположением, что данные производителя, которые используются для регрессии кривой COP, получены в идеальных условиях эксплуатации, и в реальных условиях будут возникать дополнительные потери. Например, идеальные условия предполагают установившуюся работу при полной нагрузке, тогда как в реальном мире регулировка работы теплового насоса в соответствии с текущими потребностями будет сопряжена с потерями.Дальнейшая неэффективность может возникнуть из-за откачки грунтовых вод для WSHP и рассола для GSHP. Величина поправочного коэффициента установлена ​​на 0,85, что соответствует полевым измерениям от Günther et al . 10 .

    Анализ энергетических характеристик при воздействии внешней среды на габариты

    Форма здания в значительной степени влияет на его энергопотребление. В текущем исследовании для оценки энергоэффективности здания использовались показатели отношения площади к объему, отношения площади к площади пола, отношения площади к периметру и отношения объема.Кроме того, в документе основное внимание уделяется соотношению между комнатой с кондиционером и комнатой без кондиционера. Этот подход влияет как на этапы проектирования плана этажа, так и на основные факторы проектирования, которые определяют, какие помещения станут пространствами с кондиционированием, например, те, которые в основном заняты жильцами, или пространства без кондиционирования, такие как лестницы и лифты. Нагрузка на отопление и охлаждение была рассчитана с использованием нового уравнения, основанного на расположении помещений без кондиционирования воздуха и соотношении габаритов наружу.И отношение ширины к глубине, и коэффициент конверта были проанализированы с помощью программы IES_V.E (Integrated Environmental Solutions Virtue Environment). Оказывается, по мере увеличения количества помещений без кондиционирования уменьшалась как тепловая нагрузка, так и охлаждающая нагрузка.

    1. Введение

    В данном исследовании в качестве примера используется многоквартирный дом в Южной Корее. Первоначально он был разработан с учетом новейших информационных технологий, а также технологий высотных зданий.Термин «многоквартирный дом» в Корее используется для описания многоквартирных домов, которые продаются партиями, а не сдаются в аренду. Порой многоэтажные жилые дома еще называют многоквартирными домами. Многоквартирные дома строятся с 1960 года и поэтому широко представлены. По данным на 2010 год, на этот тип зданий приходилось 53% жилых домов. Однако эти же типы зданий в настоящее время сталкиваются с рядом проблем, связанных со стандартизацией, агломерацией высотных зданий и непроданными многоквартирными домами в результате избыточного количества таких зданий, которые существуют сегодня.

    Кроме того, недавний правительственный закон о расширении балконов поднял ряд вопросов, связанных с потреблением энергии в зданиях [1]. Кроме того, другие проблемы, начиная от жалоб соседей на шум, снижения стоимости собственности и т. Д., Вызвали серьезную озабоченность. В результате архитектурные компании разработали различные планы квартир, надеясь успешно удовлетворить потребности потребителей. Среди многих методов, используемых для определения типов квартир, наиболее часто используется «концепция BAY» (рис. 1).Как правило, в этом методе учитываются основные факторы, составляющие архитектурную среду пространства, такие как U — значение окон и стен, ориентация здания, вентиляция и характеристики дневного света.

    U -значение определяется путем тщательного анализа свойств проводимости строительных материалов, из которых состоят части пространства. В прошлом исследователи представили важные знания относительно соотношения окон к полу и окна к стене [2].Однако знания, которые существуют в текущих публикациях, сосредотачиваются только на взаимосвязи между планами этажей и потреблением энергии в зданиях на индивидуальной основе, а не в целом. Таким образом, цель настоящего исследования состоит в том, чтобы проанализировать энергетические характеристики в отношении взаимосвязи между пространством с кондиционированным воздухом и пространством без кондиционирования воздуха всего пространства и предоставить общее уравнение, которое связывает планы этажей с энергетическими характеристиками данного здания.

    2.Обзор литературы

    Различные геометрические формы зданий были проанализированы Menkhoff et al. [3]. Геометрическая компактность получается путем деления площади внешних стен на объем здания. Различные геометрические формы зданий были представлены с использованием четырех одинаковых кубов. В результате были получены четыре коэффициента геометрической компактности в диапазоне от до. Также со ссылкой на исследование Петцольда [4] было оптимизировано здание в форме прямоугольной призмы. При этом учитывались поступления тепла через прозрачные и непрозрачные перегородки.Тот же самый критерий минимальной потребности в тепле был использован в текущем исследовании для определения соотношения между длиной стен и максимальным количеством этажей.

    Также AlAnzi et al. [5] изучали влияние форм зданий на энергоэффективность офисных зданий в Кувейте. Исследование было сосредоточено на множестве факторов, таких как формы зданий, площади окон и т. Д. В конце концов, модель, способная предсказать влияние геометрии здания на энергоэффективность зданий с различным остеклением и соотношением окон к стене, была разработана посредством всестороннего параметрического анализа. Во-первых, параметрический анализ проводился с помощью инструмента моделирования, а затем по презентации выбранные результаты параметрического анализа.Кроме того, разработан упрощенный метод расчета, который связывает потребление энергии зданием с геометрией здания, размерами окон и типом остекления.

    В аналогичном исследовании Пессенленер и Махдави [6] разработали переменные на основе 18 кубических элементов. Они собрали и соединили кубы, чтобы получить здания различной формы, и сравнили тепловые и охлаждающие нагрузки, относящиеся к разным формам зданий. Этот подход был вдохновлен распространенной идеей, что в некоторых энергетических стандартах зданий используются простые числовые индикаторы для описания геометрической компактности здания.Индикаторы отслеживают соотношение между площадью поверхности пространства и объемом его застроенной формы. Эти показатели затем используются вместе с информацией о значениях U элементов строительных материалов для оценки степени, в которой конструкция здания соответствует заданному критерию теплоизоляции.

    Коэффициент формы можно определить как отношение внешней оболочки к объему внутреннего пространства здания. В исследовании Depecker et al. Было выбрано четырнадцать зданий разной формы.Также учитывалась частота их присутствия на сегодняшнем строительном рынке. Также кратко описывается метод расчета, используемый при оценке потребления тепла. Депекер и др. указывает на то, что форма здания прямо пропорциональна поверхности его внешних стен [7].

    Su [8] также проанализировал различные факторы, такие как соотношение площади здания и объема здания, размер окна и площадь стены, ориентацию окна и строительные материалы. Он также указывает на связь между повышенным среднесуточным потреблением энергии и формой и дизайном здания.Это еще больше увеличивает исследовательские интересы, связанные с проектированием взаимосвязанных зданий и потреблением энергии в зданиях. В исследовании также особо подчеркивается, что элементы дизайна здания, связанные с архитектурными особенностями, должны быть уделены первостепенное внимание для успешного строительства зданий с пассивной энергетикой.

    В жарком и влажном климате здания испытывают значительный приток тепла. Ling et al. [9] исследовали взаимосвязь между формой здания и прямым солнечным светом, получаемым высокими зданиями, расположенными в жарком и влажном климате.Он изучал здания квадратной и прямоугольной формы с разным соотношением ширины и длины и ориентированные в разные стороны. Это было сделано с помощью инструмента компьютерного моделирования. Результаты показали, что здание круглой формы с соотношением ширины к длине 1: 1, скорее всего, будет иметь меньший приток тепла по сравнению со зданием прямоугольной формы с таким же соотношением ширины к длине.

    Капелуто [10] сосредоточился на поглощении прямого солнечного света оболочкой здания. В своем исследовании он объяснил общие факторы, связанные с формой здания на предварительных этапах проектирования здания.Эти факторы включают высоту здания по отношению к размеру улицы, на которой оно расположено, ориентацию фасада и размер элементов здания. Наконец, он предложил использовать форму здания в качестве оболочки для сбора солнечной энергии, чтобы противостоять эффекту притока тепла из-за инсоляции.

    3. Методология
    3.1. Коэффициент

    Отношение площадь / объем может объяснить соотношение между площадью оболочки и объемом пространства и может использоваться для оценки потерь тепла в зданиях.Обычно, когда поверхность конвертов меньше, чем занимаемый ими объем, потери тепла за счет конвекции или излучения снижаются (рис. 2) [11].

    Хотя этот метод может быть важным показателем при прогнозировании формы здания, его нельзя использовать для детального прогнозирования энергетических характеристик здания без учета других факторов, таких как окна и ориентация здания. Это связано с тем, что на общие энергетические характеристики влияет значение U оконных или настенных композиций.Кроме того, вентиляция, полученная в результате ориентации здания и механизмов открывания окон, влияет на энергопотребление здания. Таким образом, для любого заданного пространства без окон соотношение площадь / объем можно использовать в качестве критерия для оценки энергетических характеристик. На рисунке 3 показана концепция отношения площади поверхности к площади пола. Некоторые здания имеют разное количество прямого излучения, проникающего через их фасады, в зависимости от ориентации и расположения кубов. Чем больше или выше здание, тем выше потребление энергии.Это связано с тем, что отношение площади поверхности к площади пола и отношение площади поверхности к объему выше в более высоких и больших зданиях. В случае малоэтажных построек резко снижается соотношение площади поверхности и пола. С другой стороны, степень уменьшения отношения площади поверхности к площади пола снижается или минимизируется в случае более 20 этажей кубов.

    Отношение площади к периметру — это отношение площади пространства к длине его периметра. Если два заданных пространства имеют одинаковое отношение площади к периметру, их форма и объем не идентичны.Чтобы решить такие проблемы, коэффициент компактности на основе кругового пространства был рассчитан с использованием (1) (рисунок 4). Соотношение объемов — это метод, в котором используются полушария одинакового объема. Уравнение (2) предназначено для объемного отношения.

    Отношение площади к периметру относится к соотношению между размерами пространства, ограниченного данным объектом, к общему расстоянию вокруг объекта. Два заданных пространства, показанных на рисунке 4, имеют одинаковую площадь, но разный периметр. Для этого случая коэффициент компактности был рассчитан с использованием следующего уравнения: где = коэффициент компактности, = периметр фактического здания и = периметр эталонного здания.

    Соотношение объемов также было рассчитано для рисунка 5. Рисунок содержит полусферу и куб равных объемов, но с разными площадями поверхности. Полушарие и куб представляют собой эталонное здание и фактическое здание соответственно. Объемный коэффициент был рассчитан с использованием следующего уравнения: где = площадь фактического здания и = площадь поверхности эталонного здания.

    3.2. Переменные

    При определении влияния формы и ориентации здания на потребность здания в отоплении первым шагом должно быть вычисление температуры поверхности, относящейся как к непрозрачной, так и к прозрачной поверхностной обшивке здания.Кроме того, при оценке охлаждающей нагрузки, которая возникает из-за излучения стен или пропускания через окна, первостепенное значение имеет определение среднего количества прямого солнечного света, достигающего Земли в любой день года. Кроме того, очень важно понимать характеристики прямого солнечного света и его отражения на формах с разной геометрией и ориентацией.

    В этом документе площадь окна была фиксированной и сравнивалась с энергоэффективностью в соответствии с соотношением между пространством с кондиционером и пространством без кондиционера.А именно, соотношение относится к площади конверта, подверженной воздействию погодных условий. Пространство без кондиционирования воздуха было расширено от левой стены здания, обращенной с запада на восток, где = соотношение ширины и глубины с кондиционированием воздуха, = окружность без окон, = длина области, примыкающей к периметру пространства, и = без воздуха -кондиционер и соотношение с кондиционером.

    Чтобы создать переменные для этого исследования, необходимо четко определить взаимосвязь между пространством с кондиционером и без него.Переменные поясняются на рис. 6 и (1). Символ «» означает ширину пространства, тогда как «» указывает глубину пространства. Отношение между «» и «» — это отношение продольной длины к поперечной. Символ «» указывает размер помещения с кондиционером, которое связано с пространством без кондиционера. Символ «», рассчитанный по (3), оценивается как значение из соотношения без кондиционера и с кондиционером. Когда значение «» увеличилось, площадь помещения без кондиционирования воздуха уменьшилась. Таким образом, «» определяется как процент длины области, прилегающей к периметру пространства, деленной на площадь поверхности пространства с кондиционированием воздуха, за исключением площади остекления.Размер окна 6 м (ширина) × 2 м (высота).

    3.3. Моделирование для моделирования

    Программа IES_V.E (виртуальная среда) разработана компанией Integrated Environmental Solutions Ltd., основанной доктором Доном Маклином в Университете Стратклайда. IES_V.E — это инструмент, используемый для анализа энергетических характеристик зданий. Он содержит такие приложения, как ModelIT, ApacheSim, RadianceIES, SunCast и MacroFlo. Эти приложения связаны с вводимыми пользователем данными для интегрального теплового моделирования.ModelIT — это средство трехмерного моделирования для динамического теплового моделирования. ApacheSim основан на методе теплового баланса ASHRAE. Свойства материала и условия в помещении, использованные в настоящем исследовании, соответствуют стандартам EN-ISO13370 и ASHRAE 90.1, результаты представлены стандартами EN-ISO13370 и ASHRAE 90.1. Программа RadianceIES — это интерфейс для анализа характеристик дневного света. Программа показывает освещенность и яркость в помещениях. SunCast может анализировать эффект затенения окружающих зданий и устройств затенения.Наконец, MacroFlo используется для расчета уровней вентиляции и инфильтрации с использованием сетевой модели [13].

    В целях анализа энергетических характеристик с помощью программы IES-V_E (виртуальная среда) были смоделированы два разных пространства размерами 8 метров на 8 метров и 16 метров на 4 метра. Тепловые свойства, использованные для моделирования пространств, указаны в Таблице 1. Три слоя строительных материалов были использованы для компенсации влияния температуры золь-воздух в результате прямого солнечного излучения.Кроме того, поверх первого этажа был смоделирован дополнительный этаж, чтобы исключить воздействие геотермального тепла. Согласно критериям теплового комфорта, самая высокая температура была установлена ​​на уровне 26 ° в период охлаждения и 20 ° в период нагрева. Скорости вентиляции и инфильтрации были установлены на 0,7 ACH и 0,25 ACH соответственно [14]. В таблице 1 показаны свойства материалов и условия, использованные в процессе моделирования.

    9018 Бетонный пол 9018 мм) + изоляционный материал (65 мм) + окультуренный песчаный грунт (40 мм) + пенополистирол (65 мм)


    Конструкция Описание U -значение (Вт / м 2 K)

    0.4121
    Внутренняя перегородка / внешняя стена Бетон (200 мм) 2.4823
    Наружный / потолок / пол Бетон (180 мм) + изоляционный материал (20 мм) + обработанная песчаная почва (40 мм) ) + Полистирол (40 мм) 0,9565
    Наружное остекление Двойное остекление: прозрачное поплавковое стекло (6 мм) + полость (12 мм) + прозрачное поплавковое стекло (6 мм) 2.7387
    Характеристики стекла: проводимость (1.06 Вт / мК), пропускание (0,78), внешнее отражение (0,07), внешнее отражение (0,07), показатель преломления (1,526)
    Крыша Штукатурка 95 мм + бетон 200 мм 1,1400

    Все окна в контрольном здании были закрыты, поскольку в исследовании в основном учитывалось влияние естественной вентиляции. Хотя прямые солнечные лучи также не учитывались только для экстремальных результатов, эталонное здание без окон в действительности не существует.Таким образом, окна были установлены с южной стороны, а свойства материалов представлены в таблице 1.

    Как правило, внутреннее тепловыделение в результате действий людей или механической работы вместе с другими источниками тепла (внутренние источники тепла и прямое солнечное излучение) может приводить к до очень высоких температур летом. Сведение к минимуму этих температур становится первоочередной задачей при создании комфортной внутренней среды [15]. Таким образом, в этой статье не рассматривалось влияние внутреннего тепловыделения на открытые оболочки.

    4. Результаты
    4.1. Данные о погоде

    Используемые данные о погоде были собраны Корейским метеорологическим управлением (KMA) и распространены Корейским обществом солнечной энергии (KSA). Эти данные были использованы для моделирования энергоэффективности жилых домов.

    Город Сеул в Южной Корее классифицируется как Dwa (континентальная сухая зима и жаркое лето) по системе классификации климата Кеппена – Гейгера [16]. По состоянию на 30 лет (1981–2010 гг.) Среднегодовая температура в Сеуле составляла 12.5 ° C, средняя температура августа составила 25,14 ° C, а средняя температура января — -2,52 ° C (рис. 7).

    Средняя температура самого холодного месяца особенно ниже, чем в других городах, расположенных на той же широте. Периоды летом и зимой длиннее, чем весной и осенью, и обычно период похолодания начинается с июня по сентябрь. Отопительный период длится с октября по февраль. В целом тепловая нагрузка в типичном жилом доме примерно в восемь раз выше, чем холодильная нагрузка.

    Весна начинается в середине марта, когда средняя температура повышается более чем на 0 ° C для повышения температуры, и продолжается примерно до мая, когда с июня она повышается более чем на 20 ° C.

    По своему географическому положению, Сеул подвержен влиянию тепла и влажности на юго-востоке Тихого океана летом и сухих и холодных ветров, дующих с континента зимой.

    Сезонные осадки в Южной Корее сконцентрированы летом, но среднегодовое количество осадков составляет около 1450.5 мм, но не постоянный из-за нерегулярного выпадения осадков.

    На рисунке 8 показано ежемесячное глобальное солнечное излучение в дневное время в течение 30 лет (1981–2010). Учитывая, что широта Сеула составляет 37,5 °, высота прохождения по меридиану во время летнего солнцестояния составляет 76 °. Как правило, солнечная радиация зависит от высоты Солнца. Таким образом, солнечная радиация обычно наиболее высока в летний период. Однако показано, что солнечная радиация является самой высокой в ​​апреле, поскольку солнечная радиация с июня по август снижается из-за концентрации осадков (рис. 9).


    На рисунке 10 показано ежемесячное солнечное излучение для Сеула с самым высоким прямым солнечным излучением 205 Вт / м 2 в апреле и наименьшим примерно 70 Вт / м 2 в январе.

    В целом прямая солнечная радиация имела тенденцию к увеличению по мере увеличения количества глобальной солнечной радиации. Между июлем, августом и сентябрем было небольшое расхождение в рейтингах.

    4.2. Нагрузка на отопление

    Расхождение между нагрузкой на отопление и нагрузкой на охлаждение было примерно в 8 раз больше, чем в корейскую погоду.Нагрузка на отопление рассчитывалась с сентября по март, а ее пиковая нагрузка приходилась на январь. Результаты также показали большие различия в тепловой нагрузке между месяцами из-за концентрации сезонных нагрузок. Наивысшее значение тепловой нагрузки было 0 для помещения без кондиционирования воздуха. Однако, когда значение было увеличено, тепловая нагрузка линейно уменьшалась, как показано функцией на Рисунке 11.

    В этом документе тепловая и охлаждающая нагрузки выражены в кВт / м 2 .Тенденция, показанная линиями графика на Рисунке 11, отражает типичные линейные уравнения. Однако значения двух точек пересечения y не совпадали в соответствии с отношениями ширины / глубины. Отрицательные значения двух рассчитанных углов наклона уравнений означают, что он обратно пропорционален тепловой нагрузке. Кроме того, наклон абсолютных значений составлял 2,4344 и 3,1813 для отношения ширины / глубины 1: 1 и отношения ширины / глубины 4: 1, соответственно. Следовательно, чувствительность отношения ширины / глубины 4: 1 была выше, чем чувствительность отношения ширины / глубины 1: 1 примерно на 1.три раза.

    Независимо от соотношения ширины и глубины две линии тренда сходятся при постоянном увеличении значения. Для случая значения 90 расхождение, показанное линиями, составило около 1 кВт / м 2 . В совокупности значение соотношения ширины / глубины 4: 1 было выше, чем соотношение ширины / глубины 4: 1 с точки зрения тепловой нагрузки. Хотя прямые солнечные лучи влияют на тепловую нагрузку, фасады зданий, выходящие на север, относительно больше. Это означает, что роль ориентации здания превышает роль солнечного излучения.

    4.3. Нагрузка на охлаждение

    На рис. 12 показано изменение нагрузки на охлаждение в зависимости от значения. Как правило, на охлаждающую нагрузку влияли прямые солнечные лучи и эффективность естественной вентиляции, которая во многом зависит от степени открывания окон. Однако в этом исследовании переменные были созданы за счет расположения открытых огибающих между помещением с кондиционером и пространством без кондиционера. Форма, принятая на Рисунке 8, аналогична графику тепловой нагрузки.Линия тренда обозначается линейной функцией, показывающей, что и значение, и нагрузка регулярно увеличиваются независимо от соотношения ширины / глубины.

    Для уклона, соответствующего соотношению ширина / глубина, отношение ширины / глубины 1: 1 составляло 0,2201, а отношение ширины / глубины 4: 1 составляло 0,265. Безусловно, энергетические нагрузки во многом зависели от соотношения ширины и глубины. Разрывы двух линий тренда менялись, если значение увеличивалось. В отопительной нагрузке зазор уменьшился. С другой стороны, охлаждающая нагрузка на зазор увеличилась.Кроме того, охлаждающая нагрузка при соотношении ширина / глубина 4: 1 была ниже, чем при соотношении ширина / глубина 1: 1, тогда как тепловая нагрузка показала противоположную тенденцию. В таблице 2 показаны результаты прогнозирования нагрузки на отопление и охлаждение при изменении значения.


    Переменные Строительная нагрузка Уравнение прогнозирования

    9018 Нагрузка по охлаждению
    Нагрузка по нагреву

    Влияние увеличения коэффициента показывает одинаковую тенденцию как для нагрузки охлаждения, так и для нагрузки нагрева.Во-первых, по мере увеличения отношения коэффициент градиента каждого уравнения уменьшается. Это означает, что соотношение между соотношением и чувствительностью нагрузки нагрева и охлаждения обратно пропорционально. Во-вторых, коэффициент градиента тепловой нагрузки более чем в 10 раз в том же состоянии соотношения по значению.

    5. Заключение

    В этой статье изучалось влияние размера некондиционируемых территорий, окружающих кондиционируемые помещения, на энергопотребление здания.Методы анализа моделирования были использованы для определения конкретных целевых пространств, а также для получения и сравнения охлаждающей и тепловой нагрузки. Для моделирования использовалась программа моделирования IES_VE. Данные о погоде в Сеуле в Южной Корее, собранные Корейской метеорологической администрацией, были использованы для оценки энергоэффективности. Результаты показывают общую важность таких факторов, как температура, глобальное солнечное излучение, прямое солнечное излучение и осадки, для энергопотребления зданий.Кроме того, результаты показывают, что в корейских жилых домах потребности в отоплении примерно в 8 раз превышают потребности в охлаждении. Мы также обнаружили, что коэффициент градиента разработанной модели в целом снижается как для охлаждающей, так и для нагревательной нагрузки по мере увеличения отношения ширины к глубине (т. Е. С нуля). Кроме того, охлаждающая нагрузка имела тенденцию быть выше в помещениях с таким же соотношением ширины к глубине, чем в помещениях, где отношение ширины к глубине составляло 4: 1. Однако для тепловой нагрузки наблюдалось обратное.

    Использование традиционных источников энергии в зданиях для отопления стало серьезной проблемой. В частности, это связано с расходами, связанными с этими традиционными источниками энергии, а также с их влиянием на окружающую среду [17]. Таким образом, современные здания должны иметь возможность минимизировать использование этих источников энергии. Одним из способов достижения такой цели может быть контроль внутренних условий здания по отношению к внешним условиям окружающей среды.Кроме того, результаты, полученные в ходе текущего исследования, проиллюстрировали, что для обеспечения комфортных условий в помещении для жителей здания проектировщики зданий должны уделять должное внимание параметрам здания, таким как ориентация фасада здания, форма здания и изоляция.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Альфа Лаваль — Метод расчета

    Для решения тепловой задачи нам необходимо знать несколько параметров.Затем можно определить дополнительные данные.

    Шесть наиболее важных параметров включают:

    • Количество передаваемого тепла (тепловая нагрузка)
    • Температура на входе и выходе на первичной и вторичной сторонах
    • Максимально допустимый перепад давления на первичной и вторичной сторонах
    • Максимальная рабочая температура
    • Максимальное рабочее давление
    • Расход на первичной и вторичной сторонах

    Если известны расход, удельная теплоемкость и разница температур на одной стороне, можно рассчитать тепловую нагрузку.

    Метод расчета

    Тепловая нагрузка теплообменника может быть получена по следующим двум формулам:

    1. Расчет тепловой нагрузки, тета и LMTD

    Где:

    P = тепловая нагрузка (БТЕ / ч)

    м = массовый расход (фунт / ч)

    c p = удельная теплоемкость (БТЕ / фунт ° F)

    δt = разница температур на входе и выходе с одной стороны (° F)

    k = коэффициент теплопередачи (btu / ft 2 h ° F)

    A = площадь теплопередачи (футы 2 )

    LMTD = средняя логарифмическая разница температур

    T1 = Температура на входе — горячая сторона

    T2 = Температура на выходе — горячая сторона

    T3 = Температура на входе — холодная сторона

    T4 = Температура на выходе — холодная сторона

    LMTD можно рассчитать по следующей формуле, где ∆T1 = T1 – T4 и ∆T2 = T2 – T3

    2.Коэффициент теплопередачи и расчетный запас

    Общий общий коэффициент теплопередачи k определяется как:

    α 1 = Коэффициент теплопередачи между теплой средой и поверхностью теплопередачи (btu / ft 2 h ° F)

    α 2 = Коэффициент теплопередачи между поверхностью теплопередачи и холодной средой (btu / ft 2 h ° F)

    δ = Толщина поверхности теплопередачи (фут)

    R f = Фактор загрязнения (футы 2 ч ° F / BTU)

    λ = теплопроводность материала, разделяющего среду (btu / ft h ° F)

    k c = Коэффициент чистой теплопередачи (Rf = 0) (btu / ft 2 h ° F)

    k = Расчетный коэффициент теплопередачи (БТЕ / фут 2 ч ° F)

    M = Расчетная маржа (%)

    Комбинация этих двух формул дает: M = k c · R f

    и.e более высокое значение k c , более низкое значение R f -значение для достижения того же расчетного запаса.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.