Модернизация системы отопления

График расхода тепловой энергии в течение 2015-2016 годов показан на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 Расход тепловой энергии УРНЭО за 2015-2016г, Гкал

3. Расчет тепловой нагрузки

3.1 Определение материалов площадей наружных ограждающих конструкций

Здание УРНЭО построено из красного керамического кирпича толщиной 510 мм, потолок выполнен из бетонных блоков толщиной 250 мм и полностью обшито профлистом толщиной 60 мм. В здании заменены все окна на стеклопакеты и двери выполнены из стали и дерева.

Рисунок 3.1 План помещений. Длины и высоты стен, измеренные снаружи

К административным помещениям относятся: 1 - кабинет мастера УРНЭО; 2 - склад; 3 - кабинет автоэлектрика; 4 - управление склада; 6 - хоз.блок; 15 - 18 - коридор.

К производственным помещениям относятся:

5 - токарный цех; 7 - теплоцентр; 8 - хим. лаборатория; 9 и 13 - цех ремонта трансформаторов, место испытания трансформаторов; 10 и 11- цех ремонта трансформаторов: место выгрузки; 12 - цех ремонта трансформаторов; 14 - аккумуляторная.

На рисунке 3.2 и 3.3 представлены месторасположения окон и дверей.

Рисунок 3.2 Месторасположение и размеры окон

Рисунок 3.3 Месторасположение и размеры дверей

Рассчитаем административную и производственную площадь.

Например, для административного участка:

S₁=?l_iH_i-?S_д-?S_о = =(2,23+5,60+5,62+5,60+3,80+7,47+2,66+2,66+11,16+ +2,66+3,8+5,61) ·4,60-5·3,11-2·3,45=141,94 м².

где l_i-длины частей участков, замеренные изнутри;

H_i-высоты в этих местах;

S_д и S_о- площади дверей и окон соответственно на этом участке.

Аналогично рассчитаем площади крыш, результаты занесем в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Площади ограждающих конструкций

3.2 Определение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Определим влажностный режим зданий в холодный период года. Согласно СНиП 23-02-2003 [1] влажностный режим помещений зданий в холодный период года в зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха следует устанавливать по таблице 3.2.

Условия эксплуатации ограждающих конструкций А или Б в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности района строительства, необходимые для выбора теплотехнических показателей материалов наружных ограждений следует устанавливать по таблице 3.3.

Зоны влажности территории России следует принимать по рисунку 3.4. Согласно таблице 3.4 влажностный режим нашего помещения мокрый.

Из рисунка 3.4. видно, что Мурманская область находится в зоне 1 (влажной), поэтому выбираем условия эксплуатации ограждающих конструкций по таблице 3.3 Б.

Так как в СНиПе 23-02-2003 [1] не указаны коэффициенты теплопроводности материалов, то воспользуемся более ранним СНиПом II-3-79* [2] и выпишем в таблицу 3.4 все значения для наших материалов для условий эксплуатации Б.

Таблица 3.2

Влажностный режим помещений зданий

Таблица 3.3

Условия эксплуатации ограждающих конструкций

Также определим по приложению 4 [1] термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки на участке 5 (см. таблицу 3.5) и приведенное сопротивление теплопередаче окон по приложению 6 (см. таблицу 3.6). Также выпишем в таблицу значение коэффициента теплопроводности.

Рисунок 3.4 Карта зон влажности

Таблица 3.4

Расчетный коэффициент теплопроводности л

Таблица 3.5

Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек

Таблица 3.6

Приведенное сопротивление теплопередаче окон

Определим согласно СНиП 23-02-2003 [1] условное сопротивление теплопередаче однородной части фрагмента теплозащитной оболочки здания 1-го вида, м²•°С/Вт по формуле:

(3.1);

где б_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции; Вт/(м² ·°С), принимаемый согласно таблице 3.7;

б_н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м 2 ·°С), принимаемый согласно таблице 3.8;

R_s - термическое сопротивление слоя однородной части фрагмента, (м² •°С)/Вт, определяемое для невентилируемых воздушных прослоек по таблице 3.5, для материальных слоев по формуле:

(3.2);

где д_s - толщина слоя, м;

л_s - теплопроводность материала слоя, Вт/(м•°С), принимаемая по таблице 3.4. Термическое сопротивление Rк, м²·°С/Вт,ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями определим как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:

=R₁+R₂+...+R_s+ R_в.п. (3.3);

где - R₁, R₂, R_s - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м²·°С/Вт, определяемые по формуле (3.2);

R_в.п. - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м²·°С/Вт, принимаемое по табл. 3.6.

Таблица 3.7

Коэффициенты теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции

Таблица 3.8

Коэффициенты теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции

Рассчитаем , и . Результаты занесем в таблицу 3.9. Например, для стен административного участка:

,

,

.

Согласно СНиП 23-02-2003 [1] приведенное сопротивление теплопередаче полов, R_о,пол, м²•°С/Вт, определяется в следующей последовательности: для неутепленных полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, с коэффициентом теплопроводности л?1,2 Вт/(м²•°С) по зонам шириной 2 м, параллельным наружным стенам, принимая R_п, м²•°С /Вт, равным: 2,1 -- для I зоны; 4,3 -- " II " ; 8,6 -- " III " ; 14,2 -- " IV " (для оставшейся площади пола).

Рассчитаем площади полов отдельно для административной и производственной части здания, результаты запишем в таблицу 3.10.

Таблица 3.9

Сопротивление теплопередаче фрагмента оболочки здания

Таблица 3.10

Площади и сопротивления зон полов

3.3 Определение общих теплопотерь зданий за отопительный период

Согласно СНиП 23-02 [1] общие теплопотери здания за отопительный период , кВт ч/год, следует определять по формуле:

(3.4);

где ГСОП - градусо-сутки отопительного периода, ГСОП, °С·сут/год, определяют по формуле 3.5;

V_от - отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений зданий, м³;

k_об - удельная теплозащитная характеристика здания, определяемая по формуле 3.6, Вт/(м³ °С);

k_вент - удельная вентиляционная характеристика здания, определяемая по формуле 3.9, Вт/(м³ °С).

Градусо-сутки отопительного периода определяются по формуле:

(3.5);

где t_в - расчетная температура внутреннего воздуха здания, °С;

t_от - средняя температура наружного воздуха, °С, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01 [4] для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8°С;

z_от - продолжительность отопительного периода, сут./год.

Удельная теплозащитная характеристика здания, k_об, рассчитывается по формуле, Вт/(м³ °С):

(3.6);

где - приведенное сопротивление теплопередаче i-го фрагмента теплозащитной оболочки здания, м² °С/Вт;

- площадь соответствующего фрагмента теплозащитной оболочки здания, м³;

- коэффициент учитывающий отличие внутренней и наружной температуры у конструкции от принятых в расчете ГСОП, определяется по формуле 3.11;

- общий коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м² °С), определяемый по формуле 3.7:

(3.7);

- коэффициент компактности здания, м^-1, определяемый по формуле:

(3.8);

- сумма площадей по внутреннему обмеру всех наружных ограждений отапливаемой оболочки здания.

Удельную вентиляционную характеристику здания, k_вент, Вт/(м³ °С), следует определять по формуле:

(3.9);

где с -удельная теплоёмкость воздуха, равная 1кДж/(кг•°С);

- коэффициент снижения объема воздуха в здании, учитывающий наличие внутренних ограждающих конструкций (при отсутствии данных принимать =0,85);

- средняя плотность приточного воздуха за отопительный период, кг/м³, определяется по формуле:

(3.10);

где t_om- тоже, что и в формуле 3.5, °С;

- средняя кратность воздухообмена здания за отопительный период, ч^-1, определяемая по формуле 3.12;

- коэффициент эффективности рекуператора.

В случаях, когда наружная или внутренняя температура для отдельных помещений отличается от принятых в расчете ГСОП, базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций этих помещений умножаются на коэффициент , который рассчитывается по формуле:

(3.11);

где и температура внутреннего и наружного воздуха для данного помещения, °С.

Средняя кратность воздухообмена здания за отопительный период п_в, 1/ч, рассчитывается по суммарному воздухообмену за счет вентиляции и инфильтрации по формуле:

(3.12);

где - количество приточного воздуха в здание при неорганизованном притоке либо нормируемое значение при механической вентиляции, м³/ч;

- число часов работы механической вентиляции в течение недели;

168 - число часов в неделе;

G_инф - количество инфильтрующегося воздуха в здание через ограждающие конструкции, кг/ч;

n_инф - число часов учета инфильтрации в течение недели, ч, равное 168 для зданий с сбалансированной приточно-вытяжной вентиляцией и (168 -- n_вент) для зданий, в помещениях которых поддерживается подпор воздуха во время действия приточной механической вентиляции;

- то же, что и в 3.4;

- то же, что и в 3.10;

- то же, что и в 3.9.

Согласно своду правил 23-101-2004 [5] сопротивление воздухопроницанию многослойной ограждающей конструкции R_u, м² ·ч·Па/кг, следует определять по формуле:

R_u= R_u1+R_u2+...+R_un (3.13);

где R_u, R_u1, R_u2, R_un - сопротивления воздухопроницанию отдельных слоев ограждающей конструкции.

Поперечная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м²•ч), может быть найдена по формуле:

G_н=?р/R_и (3.14);

где ?р - разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па, определяемая в соответствии с (3.15);

R_и - то же что и в (3.13).

Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций ?р, Па, следует определять по формуле:

?р=0,55Н(г_н-г_в)+0,03г_нн² (3.15);

где Н - высота здания (от уровня пола первого этажа до верха вытяжной шахты) для административной части принимаем Н=4,7 м, для производственной - Н=7,32 м;

г_н и г_в - удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м³, определяемый по формуле:

г = 3463/( 273 + t ) (3.16);

где t -- температура воздуха: внутреннего (для определения г_в) - принимаем для административной части - 16°С согласно ГОСТ-12.1.005-88 [6], для производственной части согласно технологическим требованиям и ГОСТ-1168-86 [5] принимаем 10°С; наружного (для определения г_н) -- принимается равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01[4] и равна для Мурманска -27°С;

н - максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 % и более, принимаемая по таблице 1* СНиП 23-01[1] равна 7,5м/с. Вычислим г и ?р по формулам (3.15) и (3.16):

- для административной части:

г_в = 3463•( 273 + t )=3463/(273+16)=11,983Н/м³;

г_н = 3463•( 273 + t )=3463/(273-27)=14,077Н/м³;

?р=0,55Н(г_н-г_в)+0,03г_нн²=0,55•4,7•(14,077-11,983)+ +0,03•14,077•7,5²=28,86Па.

- для производственной части:

г_в = 3463•( 273 + t )=3463/(273+10)=12,237Н/м³;

г_н = 14,077Н/м³;

?р=0,55Н(г_н-г_в)+0,03г_нн²=0,55•7,32•(14,077-12,237)+ +0,03•14,077•7,5²=30,75 Па.

Запишем сопротивления для наших материалов в таблицу 3.11 из СНиП-2-3-79* [2].

Таблица 3.11

Сопротивление воздухопроницанию материалов и конструкций

Рассчитаем по формуле (3.13) воздухопроницаемость участков ограждающих конструкций, поперечную воздухопроницаемость ограждающих конструкций по формуле (3.14) и количество инфильтрующегося воздуха в здание через ограждающую конструкцию G_{инф, i}, кг/ч по формуле:

G_{инф, i}=S• G_н (3.17);

где S - площадь участка, R_u - то же, что и в 3.3.10. Например, для административного участка:

R_u=R₁+ R₂+ R₃=18+0,3+0,5=18,8 м²·ч·Па/кг;

G_н1=?р₁/R_и1=28,86/18,8=1,56 кг/(м²•ч);

G_{инф, 1}=S• G_н1=141,94•1,56=217,16 кг/ч.

Запишем результаты в таблицу 3.12.

Таблица 3.12

Расчет количества инфильтрующегося воздуха в здание через несветопрозрачные конструкции в рабочее время

Воздухопроницаемость окон, дверей и ворот принимаем согласно таблице 9 из СНиП 23-02 [1]для административной части - 5кг/(м²•ч), для производственной части - 8кг/(м²•ч). Рассчитаем по формуле (3.17) количество инфильтрующегося воздуха в здание через окна и двери, а также найдем суммарное количество воздуха, инфильтрующегося в здание по формуле:

G_инф=?G_инф,i+ G_{инф, окна}+ G_{инф, двери} (3.18);

где G_инф,i, G_{инф, окна}, G_{инф, двери} - суммарное количество инфильтрующегося воздуха в здание через несветопрозрачные конструкции, окна и двери соотвественно.

Для административной части:

G_{инф, окна}=S• G_нокна=15,55•5=77,75 кг/ч;

G_{инф, двери}=S• G_ндвери=6,9•5=34,5 кг/ч;

G_инф=?G_инф,i+ G_{инф, окна}+ G_{инф, двери}=217,16+74,75+34,5=329,41 кг/ч.

Для производственной части части:

G_{инф, окна}=S• G_нокна=43,54•8=348,42 кг/ч;

G_{инф, двери}=S• G_ндвери=3,45•8=27,6 кг/ч;

G_инф=?G_инф,i+ G_{инф, окна}+ G_{инф, двери}=640,34+348,42+27,6= 1016,36 кг/ч.

Рассчитаем среднюю кратность воздухообмена здания за отопительный период п_в, ч^-1 по формулам (3.10), (3.12). Примем, что для производственной части количество приточного воздуха равно количеству вытягиваемого. Согласно СН 245-71 [7] при проектировании зданий, производственных помещений и их отдельных зон (участков) с естественной вентиляции (проветривания), объем наружного воздуха должен составлять не менее 20 м³/ч на одного работающего, но не менее однократного воздухообмена (по всему объему помещения) в 1 ч, а значит на 10 рабочих требуется 200 м³/ч воздуха. Согласно СНиП 2.04.05-91 [8] в помещениях где в технологическом процессе участвуют отработанные нефтепродукты кратность воздухообмена 12х, их объем составляет 151,37 м³, значит требуемый расход воздуха 1816 м³/ч. В токарном цехе кратность воздухообмена 5х, его объем 304,22м³, значит требуемый расход воздуха 1521,12 м³/ч. В аккумуляторной кратность воздухообмена 10х, объем помещения 57,44 м³, значит требуемый расход воздуха 574,4 м³. В тепловом пункте кратность воздухообмена 4х, его объем 38,02 м^3, значит требуемый расход 152,08 м³/ч.В итоге суммарное количество приточного воздуха для производственной части:

L_вент=1816+1521,12+574,4+152,08+200=4263,60 м³/ч.

Согласно СНиП 23-02 [1] нормируемое значение при механической вентиляции, м³/ч, для общественных и административных зданий принимают условно: для административных зданий, офисов, складов и супермаркетов - 4A_р, где А_р - расчетная площадь, определяемая согласно СНиП 31-05[9] как сумма площадей всех помещений, за исключением коридоров, тамбуров, переходов, лестничных клеток, лифтовых шахт, внутренних открытых лестниц и пандусов, а также помещений, предназначенных для размещения инженерного оборудования и сетей, м². Для административной части:

L_вент=4•107,52=430,08 м³/ч.

Для административной части:

кг/м³;

где V_от =714,95 м³ - отапливаемый объём административной части, м³;

Для производственной части:

кг/м³;

где V_от =1659,12 м³ - отапливаемый объём производственной части, м³.

По формуле (3.9) найдем k_вент - удельную вентиляционную характеристику здания, Вт/(м³ °С):

Для административной части:

;

Для производственной части:

.

Найдем удельную теплозащитную характеристику здания, k_об, по формуле, Вт/(м³ °С) (3.6):

Для административной части:

Для производственной части:

В таблице 3.13 приведены нормируемые значения удельной теплозащитной характеристики здания согласно СНиП 23.02.2003.[1]

Таблица 3.13

значения удельной теплозащитной характеристики здания

Для промежуточный величин объема зданий и ГСОП, при объеме ? 960 , значение рассчитывается по формуле:

(3.19);

рассчитаем нормируемые значение удельной теплозащитной характеристика для административной и производственной части.

Для административной части:

Для производственной части

Удельная теплозащитная характеристика больше нормируемой величины, что недопустимо в соответствии со СНиП 23.02.2003[1], В данном случае наиболее эффективно будет доработать теплозащитную оболочку здания за счет повышения сопротивления теплопередачи ограждающий конструкций.

Рассчитаем градусо-сутки отопительного периода, ГСОП, °С·сут/год, по формуле (3.5):

Для административной части:

Для производственной части:

.

Найдем вентиляционные и теплозащитные потери тепла , кВт•ч/год, которые определяются по формулам:

вентиляционные:

(3.20);

теплозашитные:

(3.21);

где ГСОП см. формулу (3.5),

- отапливаемый объём здания, м³;

и см. формулы (3.6) и (3.9).

Проведем расчет:

Для административной части:

Для производственной части:

Итак, суммарные теплопотери через все ограждающие конструкции за отопительный период равняются:

Аналогично найдем суммарные теплопотери через ограждающие конструкции при t_н от 4 до -27° С используя формулы 3.4 - 3.18,3.20-3.21. Результаты занесем в таблицы 3.14.,3.15

Таблица 3.14

Тепловые потери частей УРНЭО при различной наружной температуре

Таблица 3.15

Тепловые потери УРНЭО

Чтобы сократить теплопотери через ограждающие конструкции необходимо провести мероприятия по энергосбережению.

Рассчитаем теплопотери за отопительный период по формуле:

(3.22);

где ф_i -длительность стояния температур;

Q_i -общие теплопотери.

Число часов за отопительный период с среднесуточной температурой наружного воздуха, равной и ниже данной для Мурманска запишем в таблицу 3.16.

Таблица 3.16

Длительность стояния температур

Рассчитаем теплопотери за отопительный период и занесем результаты в таблицу 3.17.

Таблица 3.17

Теплопотери УРНЭО за отопительный период

По расчетным данным теплопотери за отопительный период составили 8870213,22 кВт·ч (7627Гкал). А фактически за 2014-2015 год было получено 790,76 Гкал, а за 2015-2016 год 752,66 Гкал. Это говорит о том что на предприятии нарушались санитарные нормы по кратности вентиляции, она полностью отсутствовала. Соответственно санитарным нормам в производственных помещениях необходимо установить приточно-вятяжную механическую вентиляцию.

3.4 Мероприятия по энергосбережению

Энергосбережение означает рациональное энергоиспользование во всех звеньях преобразования энергии - от добычи первичных энергоресурсов до потребления всех видов энергии конечными пользователями.

Мероприятия по энергосбережению могут быть разными. Один из самых действенных способов увеличения эффективности использования энергии - применение современных технологий энергосбережения. Они не только дают значительное уменьшение расходов на энергетические затраты, но и имеют очевидные экологические плюсы.

Более 30% всех энергоресурсов тратится на отопление жилых, офисных и производственных зданий. Поэтому технологии энергосбережения в зданиях разного назначения неэффективны без снижения непродуктивных потерь тепла.

Важнейшим мероприятием по энергосбережению в зданиях это утепление фасада здания, установка современной системы вентиляции и современного теплового пункта.

Теплопотери УРНЭО в основном состоят из вентиляционных потерь, особенно это заметно в расчетах для производственной части здания.

Сравним вентиляционные и тепловые потери и результаты занесем в таблицу 3.19.

Таблица 3.19

Сравнение вентиляционных и теплозащитных потерь УРНЭО

Из сравнения видно что больше всего тепла уходит через вентиляцию, поэтому в вентиляции, которая будет в производственных помещениях, должна присутствовать рекуперация.

4. Технологии утепления наружных ограждающих конструкций

Существуют три метода утепления стен: наружное, внутреннее, изоляция выполненная внутри стены.

Преимущества внешнего утепления перед внутренним.

По технологии наиболее правильным вариантом будет утеплить стены дома снаружи. Внутреннее утепление применяется только тогда, когда невозможно по каким-либо причинам выполнить внешнее. Утеплитель, находящийся снаружи при морозах возьмет на себя отрицательную температуру, не дав ей достигнуть стен дома. Поэтому температура стен и температура внутри дома будут схожими. При внутренней теплоизоляции стены, как правило, начинают промерзать. В местах соприкосновения внутреннего утеплителя со стенами начинает образовываться конденсат. Следовательно, в этих местах начнет скапливаться влага, ведущая к появлению сырости, а затем - плесени и грибка. Скапливающаяся на внутренней части стен влага начнет в них впитываться, поскольку утеплитель обычно защищается паро- или гидробарьером. Эта жидкость при сильных морозах замерзает и, расширяясь при замерзании, способствует постепенному разрушению стены.