Расход тепловой энергии на обогрев здания жилищно-гражданского назначения рассчитывают в зависимости от теплопотерь этого здания через ограждающие конструкции и с удаляемым воздухом. Наиболее точно величину тепловых потерь здания определяют расчётно-аналитическим методом на стадии проектирования. При отсутствии таких расчётов в основу разработки индивидуальной нормы закладывают укрупнённые показатели — удельные отопительная и вентиляционная характеристики здания [1].

Величину qо достаточно точно определяют по формуле:

где Р — периметр здания (по наружному обмеру), м; S — площадь застройки здания, м²; Н — средняя высота здания (от уровня пола нижнего этажа до верха чердачного перекрытия), м; h — высота потолка на этаже здания, м; m — коэффициент остекления здания, то есть отношение площади световых проёмов (окон) к общей площади наружной поверхности вертикальных ограждений; tвн — температура внутри помещения; tр.о — расчётная температуры наружного воздуха для системы отопления; Кст и Кок — средние коэффициенты теплопередачи наружных стен и окон [ккал/( м²·ч·°C)], которые определяют по СНиП [2].

Общую годовую потребность здания в теплоте на нужды горячего водоснабжения определяем по формуле:

Qгодт.в = am[(55 — tх.з)nо + b(350 — nо)(55 — tх.л)] 4,187×10–6, (2) 

где a — норма расхода ГВС, л/сут.; m — количество человек; tх.з и tх.л — температура холодной (водопроводной) воды зимой и летом (при отсутствии данных принимают равной +5°C зимой и +15°C летом), соответственно, °C; nо — продолжительность отопительного сезона; b — коэффициент, учитывающий снижение среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение летом по отношению к отопительному сезону.

В качестве примера расчёта годовой потребности в тепловой энергии рассмотрен город Анадырь, в котором находится 159 домов общей жилой площадью 330566 м². Для упрощения расчёта рассматривался единый протяжённый пятиэтажный дом с внутренней площадью, равной суммарной жилой площади всех домов в городе.

Стена рассматриваемого дома состоит из:

  • железобетонной панели толщиной 300 мм (δжб = 0,3 м), обладающей теплопроводностью λжб = 0,4 Вт/(м·°C);
  • слоя гипсовой штукатурки толщиной 10 мм (δшт = 0,01 м), обладающей теплопроводностью λшт = 0,3 Вт/(м·°C);
  • коэффициенты теплоотдачи αвн и αн — 8,7 и 23 Вт/( м²·°C), соответственно.

Параметры данного дома: ширина — a = 10,02 м, длина — с = 7033,93 м, внутренний объём комнаты — V = 30,55 м³, периметр — P = 14086,66 м, площадь — S = 70479,97 м².

Температура внутри помещения принимается равной tвн = 20°C. Расчётную температуру наружного воздуха tр.о для системы отопления примем из климатических данных на данный период. Коэффициент освещённости — m = 0,6. Продолжительность работы систем отопления в сутки tо = 24 ч при наружной температуре ниже +8°C.

Норма расхода горячей воды составляет а = 25 л/сут.; количество единиц измерения, отнесённое к суткам, m = 15604 чел.; tх.з и tх.л — температура холодной (водопроводной) воды, соответственно, зимой и летом (при отсутствии данных эту величину принимают равной +5°C зимой и +15°C летом), °C; продолжительность отопительного сезона no = 303 сут.; коэффициент b = 0,8, учитывающий снижение среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение летом по отношению к отопительному сезону.

Сравнение данных фактического Qфакт и расчётного Qрасч теплопотреблений свидетельствуют о достаточно приближённом характере расчёта методом компилирования всех домов в один большой. Некоторые коэффициенты принимаются по рекомендациям и могут не соответствовать реальным значениям.

При этом расчётные значения Qрасч имеют вполне нормальные значения, что говорит о допустимости применения рассматриваемого метода. График температуры наружного воздуха tн симметричен графику Qсум, что говорит о прямом влиянии температуры окружающей среды на тепловой баланс (рис. 1).

Выводы

Методика определения спроса на тепловую энергию города на основании норм расхода теплоты показала себя пригодной с рядом ограничений и допущений. В процессе старения и износа ограждающих конструкций происходит дрейф их тепловых характеристик, что необходимо учитывать при прогнозировании спроса тепловой энергии. Проведённое математическое моделирование показало существенную зависимость тепловой инерции здания от ряда климатических условий, статистические значения многих из которых не представляется возможным получить индивидуально для рассматриваемого здания.

В случае анализа групповых схем теплоснабжения зданий с одним прибором учёта на вводе дополнительной сложностью является разнородность, разный возраст и различная настроенность тепловых схем зданий и тепловых сетей. В таких условиях выполнить корректный и достоверный расчёт тепловой показателей инерции зданий с инженерной точностью не представляется возможным.

Представляется целесообразным произвести углублённый расчёт каждого здания отдельно, а затем просуммировать результат.