II .1.3. Расчет потребности тепла на горячее водоснабжение.

Для подогрева воды, поступающей в систему горячего водоснабже­ния, расходуется значительное количество тепла. В некоторых зданиях потребность в горячей воде настолько велика, что на ее подогрев затрачивается тепла больше, чем на отопление. Осо­бенность эксплуатационного режима работы систем горячего водоснабжения заключается в том, что расход воды, разбирае­мой из системы, не является постоянным в течение суток или смены. Он изменяется в широких пределах и зависит от числа и продолжительности одновременного действия водоразборных точек. Неравномерность режима работы наблюдается не толь­ко по часам суток, но и по дням недели. В частности, в жилых зданиях максимальный расход горячей воды, а следовательно, и наибольший часовой расход тепла, зарегистрирован в утрен­ние и в вечерние часы          (рис. 3 а).

Как видно из рис. 3 а, в часы максимального водопотребления расход тепла в несколько раз превышает среднечасовой за сутки. Между тем в ночное время (от 0 до  6ч) расход тепла незначителен и составляет всего 4% среднечасового. Наибольший расход отмечается в предпраздничные дни. Здесь пиковая на­грузка превышает среднечасовую более чем в 3 раза, а ее про­должительность в 2 раза более, чем в выходной день.

При проектировании тепловых сетей расчетный расход тепла на подогрев воды принимают или максимальный, или среднечасовой в зависимости от конкретного объекта. Выбор того или иного расхода определяется количеством потребляемой воды в единицу времени, продолжительностью пиковой нагрузки, а также требованиями, предъявляемыми к надежности действия и к качеству теплоснабжения данного объекта. Для работы си­стемы с максимальным расходом требуется более мощное обо­рудование, которое в часы уменьшения пиковой нагрузки работает с пониженным КПД.

Для повышения экономичности системы теплоснабжения крупных потребителей, имеющих в сутки сравнительно небольшую продолжительность пиковой нагрузки тепла на нужды го­рячего водоснабжения, за расчетный расход принимают среднечасовой. При этом в системе теплоснабжения предусматри­вают специальные мероприятия и устройства, позволяющие без ухудшения качества снабжения горячей водой сократить рас­четный расход и довести его до среднечасового.

Рис.3. Графики расхода тепла и воды на нужды горячего водоснабжения: а – часовой; б – интегральный; в – годовой

Одним из ме­роприятий, снижающих пиковую нагрузку, является установка баков-аккумуляторов горячей воды, в результате чего соответст­венно уменьшается мощность генераторов тепла, снижаются диаметры трубопроводов и связанные с этим капитальные и эксплуатационные затраты. Объем бака бак, установленного у потребителя, определяется по линии подачи  и по интегральной кривой расхода горячей воды 2 (рис. 3 б).

При определении расчетного расхода тепла, необходимого для подогрева воды, учитывают следующие факторы: норму водопотребления, начальную и конечную температуры нагреваемой воды, а также режим работы системы горячего водо­снабжения в течение суток или смены. Норма водопотребления и конечная температура нагреваемой воды устанавливаются со­ответствующими нормативными документами или технологиче­скими требованиями производственных процессов. Так, согласно СНиП «Горячее водоснабжение Нормы проектирования для зданий различного назначения» заданы нормы расхода горячей воды на бытовые нужды и ее конечная температура равная +65^оС. Начальную температуру  определяют для каждого объекта по фактическим данным источника водоснабжения. При отсутствии таких данных ее принимают в зависимости от времени года: в холодный период, т. е. в течение отопительного сезона, =+5 ^оС, в теплый =+15^оС.

Если конечная температура подогреваемой воды отличается от +65 ^оС, то для определения нормы расхода воды при любой температуре используют формулу

.

где - норма расхода воды при температуре 65°С на единицу водопотребления, л/сут; и  начальная и конечная температуры подогреваемой во­ды, °С.

Расчетный расход тепля определяют по количеству воды, расходуемой в течение часа, за сутки или смену наибольшего водопотребления. При этом различают потребителей с равно­мерным и неравномерным потреблением горячей воды в тече­ние суток.

Для зданий с неравномерным потреблением (жилые дома, гостиницы, больницы и т. п.) расчетным расходом тепла являет­ся или средний

        (12)

или максимальный

                    (13)

где с -  теплоемкость подогреваемой воды при средней температуре, кДж/(кг·К); а - норма расхода горячей воды на единицу водопотребления, л/сут; - плотность воды при средней температуре, кг/м³; m - число жите­лей или единиц водопотребления;  и - температуры воды за нагревате­лем и перед ним, °С;  - число часов работы системы горячего водоснабже­ния в сутки или в смену; - теплоэнергетический эквивалент; k - коэффициент часовой неравномерности, принимаемый по нормам проектирования систем горячего водоснабжения в зависимости от назначения зданий.

Для зданий с равномерным потреблением воды в течение су­ток или смены (прачечные, предприятия с потреблением воды на технологические нужды) среднечасовой и максимальный рас­ходы тепла являются одинаковыми, т. е.

.  (14)

Если систему теплоснабжения проектируют на заданную чи­сленность населения для предполагаемых к строительству го­родов и рабочих поселков, то среднечасовой расход тепла на горячее водоснабжение определяют по укрупненному показате­лю q_г.в. одновременно для жилых и общественных зданий

.                    (15)

Согласно СНиП II-36-73, укрупненный показатель среднечасового расхода тепля на горячее водоснабжение на одного человека  при норме расхода воды 80-130 л/сут соответственно равен 290-440 Вт.

В летний период для всех зданий, кроме промышленных и расположенных в курортных и южных городах, наблюдается снижение среднечасового расхода воды, а следовательно, и тепла. Это снижение на основании практических данных учитыва­ют коэффициентом, равным 0,8, т. е.

.                    (16)

Годовой расход тепла на нужды горячего водоснабжения, МВт, определяют на основании среднечасовых расходов по каждому виду потребления за зимний и летний периоды

, (17)

где  - число часов работы системы горячего водоснабжения в сутки; - число суток в отопительном периоде; 350 - число суток работы системы го­рячего водоснабжения в год.

Графически годовой расход тепла на нужды горячего водоснабжения представляет прямую линию, параллельную оси абс­цисс, 1-2 или 3-4 на рис. 3, в как в зимний (наибольший расход), так и в летний периоды. Условно принимают, что расход тепла между летним и зимним периодами изменяется одновременно с наступлением отопительного сезона, т.е. когда и ниже. Площадь, ограниченная осью абсцисс и линией 0-1-2-3-4-5, представляет годовую потребность тепла, ко­торую учитывают при создании режима работы системы теплоснабжения объекта.

Общая тепловая потребность объекта, определяющая мощ­ность системы теплоснабжения, является суммой  расчетных расходов по отдельным видам теплопотребления

           (18)

где k - коэффициент, учитывающий потери тепла при транспортировании и на собственные нужды источника тепла; принимается равным 1,05—1,2.

Рис.4 Графики расхода тепла объектом а – часовой; б – годовой; 1,2, 3, 4 – соответственно расход тепла вентиляцией, гарячим сводоснабжением, отоплением и суммарный; 5 – годовой график теплопотребления

Изменение мощности теплоснабжающих устройств во времени получают суммированием расчетных расходов, удовлетво­ряющих все нужды одновременно действующих потребителей данного объекта в рассматриваемый период. Расчетный расход тепла на отдельное нужды (1, 2, 3) и по объекту в делом (4) представляют графически (рис.4 а) в зависимости от , аналогично отопительному графику      (см. рис. 1). На основа­нии этого графика выявляют годовое теплопотребление объекта, по которому осуществляют регулирование отпускаемого теп­ла. Графическое изображение изменения тепловой потребности объекта строят по продолжительности стояния в определенные периоды одинаковых температур  принимаемых по климатоло­гическим данным.

Годовое теплопотребление объекта, так же как и на отдель­ные нужды, изображают в осях координат, справа от графика расчетных расходов (рис.4 б). Так же как и для отопитель­ного графика, на оси абсцисс в масштабе откладывают продол­жительность стояния , начиная с минимальной температуры наружного воздуха. Для соответствующих значений  общий расчетный расход тепла из левого графика переносят на орди­наты начала и окончания продолжительности стояния этих . Точки пересечения, являющиеся расходами тепла в конце каж­дого периода стояния  соединяют плавной кривой 5. Эта кри­вая характеризует потребление тепловой энергии данного объ­екта в течение года.

Годовой график теплопотребления можно построить и дру­гим способом. Для этой цели по формулам (1), (4), (5), (12) - (16) определяют расход тепла при выяв­ленных уровнях наружных температур. Полученные значения откладывают на соответствующих ординатах и соединяют плав­ной кривой.