Расчет электрических нагрузок

ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК АВТОНОМНОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

2.1. Виды теплопотребления и расчеты расходования теплоты

По назначению и характеру использования теплоты различают следующие 5 видов теплопотребления или тепловых нагрузок: отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, горячее водоснабжение, технологическая или производственная нагрузка.

Коммунально-бытовое теплопотребление – это потребление теплоты для покрытия отопительной, вентиляционной и нагрузки горячего водоснабжения (ГВС) жилых и общественных зданий.

Санитарно-техническое теплопотребление – это потребление теплоты для покрытия отопительной, вентиляционной и нагрузки ГВС производственных зданий и цехов.

Технологическое теплопотребление – это потребление теплоты для удовлетворения производственно-технологических нужд.

По характеру протекания во времени все виды тепловых нагрузок делятся на сезонные и круглогодичные. К сезонной тепловой нагрузке относятся отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха. Отопление, вентиляция являются зимними тепловыми нагрузками. К круглогодовой нагрузке относятся ГВС и технологическая нагрузка.

Отопление . Основная задача отопления заключается в восполнении потерь тепла отапливаемых помещений через ограждающие конструкции здания (стены, окна, перекрытия) и поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне [3].

Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком. Условие теплового равновесия здания может быть выражено в виде равенства

Q = Q_т + Q_и = Q_о + Q_тв ,                                                        (2.1)

где Q – суммарные тепловые потери зда­ния; Q_т – теплопотери теплопередачей че­рез наружные ограждения; Q_и – теплопо­тери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха; Q_о – теплоприток в здание через отопи­тельную систему; Q_тв – внутренние тепло­выделения.

Тепловые потери здания в основном за­висят от первого слагаемого Q_Т. Поэтому для удобства расчета можно тепловые поте­ри здания представить следующим образом:

Q = Q_т (1 + μ)  ,                                                                       (2.2) где μ = Q_и/Q_т – коэффициент инфильтра­ции, представляющий собой отношение теплопотерь инфильтрацией к теплопотерям те­плопередачей через наружные ограждения.

Источником внутренних тепловыделе­ний Q_тв в жилых зданиях являются обычно люди, приборы для приготовления пищи (газовые, электрические и другие плиты), осветительные приборы. Эти тепловыделе­ния носят в значительной мере случайный характер и не поддаются никакому регулированию во времени. В случаях если величина Q_тв переменная и неопределенная, то ею пренебрегают.

Метод расчета по уравнениям теплопередачи. Теплопотери через наружные ограждения, Вт или ккал/ч, мо­гут быть определены расчетным путем по формуле

Q_Т = Σ k∙F∙Δt,                                                                     (2.3)

где F – площадь поверхности отдельных наружных ограждений, м²; k – коэффици­ент теплопередачи наружных ограждений, Вт/(м² ∙ К) или ккал/(м²∙ч∙°С); Δt – разность температур воздуха с внутренней и наружной сторон ограждающих конст­рукций, °С.

Для здания объемом V, м³, по наружному измерению периметром в плане Р, м, площадью в плане S, м² и высотой L, м, теплопотери здания определяются по формуле, предложенной проф.   Н.С.Ермолае­вым, , (2.4)

где k_с , k_ок , k_пл , k_пт – коэффициенты тепло­передачи стен, окон, пола нижнего этажа, потолка верхнего этажа; φ – коэффициент остекления, т.е. отношение площади окон к площади стен; ψ₁ и ψ₂ – поправочные коэффици­енты на расчетный перепад температур для верхнего и нижнего горизонтальных ограж­дений здания; t_в – усредненная температу­ра воздуха внутри отапливаемых по­мещений, °С; t_н – температура наружного воздуха, °С.

Для определения расчетного расхода те­плоты на отопление в (2.4) принимают t_в = t_вр, где t_вр – расчетная температура воздуха внутри отапли­ваемых помещениях.

Значения t_вр, °С, для зда­ний разного назначения приведены в табл. 2.1, СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и  кондициониро-

вание», п.5.1 и прил. В [4].

В боль­шинстве случаев поправочные коэффициенты ψ₁ и ψ₂ принимают значения ψ₁ = 0,75÷0,9; ψ₂ = 0,5÷0,7.

При определении расхода теп­лоты на отопление исходят не из минималь­ного значения наружной температуры, а из другого, более высокого, значения температу­ры наружного воздуха для расчета систем отопления t_но, равной средней тем­пературе 8 наиболее холодных пятидневок, взятых из 8 разных наиболее холодных зим за 50-летний период наблюдений.

                                                                                        

Таблица 2.1

 Удельные тепловые потери жилых и общественных зданий

Наименование зданий	Объем зданий, V,тыс. м3	Удельные тепловые характеристики,  Вт/(м3 ∙°С)		Расчетная усреднен. внутренняя температура, t ВР ,°С
		для отопления,	для вентиляции,
жилые кирпичные здания	до 5	0.44		18 - 20
	до 10	0.38
	до 15	0.34
	до 20	0.32
	до 30	0.32
жилые 5-этажные крупно-блочные здания, жилые 9- этаж- ные крупно-панельные здания	до 6	0.49
	до 12	0.43
	до 16	0.42
	до 25	0.43
	до 40	0.42
административные здания	до 5	0.50	0.10	18
	до 10	0.44	0.09
	до 15	0.41	0.08
	более 15	0.37	0.21
клубы, дома культуры	до 5	0.43	0.29	16
	до 10	0.38	0.27
	более 10	0.35	0.23
кинотеатры	до 5	0.42	0.50	14
	до 10	0.37	0.45
	более 10	0.35	0.44
универмаги, магазины промто- варные	до 5	0.44	0.50	15
	до 10	0.38	0.40
	более 10	0.36	0.32
магазины продовольственные	до 1,5	0.60	0.70	12
	до 8	0.45	0.50
детские сады и ясли	до 5	0.44	0.13	20
	более 5	0.39	0.12
школы и высшие учебные заведения	до 5	0.45	0.10	16
	до 10	0.41	0.09
	более 10	0.38	0.08
больницы и диспансеры	до 5	0.46	0.34	20
	до10	0.42	0.32
	до 15	0.37	0.30
	более 15	0.35	0.29
бани, душевые павильоны	до 5	0.32	1.16	25
	до 10	0.36	1.10
	более 10	0.27	1.04
прачечные	до 5	0.44	0.93	15
	до 10	0.38	0.90
	более 10	0.36	0.87
предприятия общественного питания, столовые, фабрики-кухни	до 5	0.41	0.81	16
	до 10	0.38	0.75
	более 10	0.35	0.70
комбинаты бытового обслужи- вания, дома быта	до 0.5	0.70	0.80	18
	до 7	0.50	0.55

В качестве расчетной температуры наружного воздуха для проектирования систем отопления t_но в заданном населенном пункте принимают температуру, соответствующую параметрам «Б» для холодного периода года. Значения t_но представлены в табл. 2.2 (СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», таблица 1 [5]).

Таблица 2.2

Климатологические данные по некоторым городам РФ

Город	отопительный период
		температура воздуха, °С
	продол-жительность п, сут	расчетная для проекти- рования		средняя отопитель- ного периода	средняя самого холодного месяца
		отопления	вентиляции
1	2	3	4	5	6
Европейская часть
Архангельск	253	-31	-18	-4,4	- 12,9
Астрахань	167	-23	-12	-1,2	-6,7
Барнаул	221	-39	-23	-7,7	-17,5
Брянск	205	-26	-14	-2,3	-9,1
Владивосток	196	-24	-18	-3,9	-13,1
Воронеж	196	-26	-15	-3,1	-9,8
Волгоград	178	-25	-14	-2,2	-9,1
Енисейск	245	-46	-27	-9,6	-22
Екатеринбург	230	-35	-20	-6,0	- 15,5
Иваново	219	-30	-17	-3,9	-11,9
Иркутск	240	-36	-26	-8,5	-20,6
Казань	215	-32	-18	-5,2	- 13,5
Киров	231	-31	-19	-5,8	-14,2
Красноярск	234	-40	-22	-7,1	-18,2
Курск	198	-26	-14	-2,4	-9,3
Магнитогорск	218	-34	-22	-7,9	-16,9
Махачкала	148	-14	-5	+ 2,7	-0,5
Москва	214	-28	-15	-3,1	-10,2
Мичуринск	202	-26	-15	-4,3	- 10,8
Мурманск	275	-27	-16	-3,2	-10,5
Нижний Новгород	215	-31	-17	-4,1	-11,8
Нижний Тагил	238	-34	-21	-6,6	-16,1
Новороссийск	134	-13	-2	+ 4,4	+ 2,6
Новосибирск	230	-39	-24	-8,7	-18,8
Омск	221	-37	-24	-8,4	-19,0
Оренбург	202	-31	-20	-6,3	-14,8
Орск (Оренбургская	204	-29	-21	-7,9	-16,4
обл.)
Пенза	207	-29	-17	-4,5	-12,2
Пермь	229	-35	-20	-5,9	-15,3
Петрозаводск	240	-29	-16	-3,1	-11,1
Ростов-на-Дону	171	-22	-11	-0,6	-5,7
Рязань	208	-27	-16	-3,5	-11,0
Самара	203	-30	-18	-5,2	-13,5
Санкт-Петербург	219	-26	-11	-2,2	-7,9
Окончание табл.2.2
1	2	3	4	5	6
Свирица (Ленинградская обл.)	228	-29	-15	-2,9	-9,8
Тихвин (Ленинградская обл.)	227	-29	-15	-2,8	-10,5
Саратов	198	-25	-16	-5,0	-11,0
Смоленск	215	-26	-14	-2,4	-9,4
Томск	236	-40	-24	-8,4	-19,1
Тула	207	-27	-15	-3,0	-19,9
Тюмень	225	-38	-22	-7,2	-17,4
Уфа	213	-35	-20	-5,9	-14,9
Челябинск	218	-34	-21	-6,5	-15,8
Хабаровск	211	-31	-27	-9,3	-22,3

 

Метод расчета по удельным теплопотерям. Выражение, заключенное в (2.4) в фигурные скобки, представляет собой потерю теплоты теп­лопередачей через наружные ограждения при раз­ности внутренней и наружной температур 1 °С, отнесенную к 1 м³ наружного объема здания, и называется удельной теплопотерей здания, q_о  (или отопительной характеристикой здания).

Расчетными теплопотерями называются теплопотери при расчетной наружной тем­пературе t_но. Рас­четные теплопотери здания (расчетная тепловая нагрузка на отопление) с учетом ин­фильтрации определяется по формуле

Q_ор = q_о ּ V (1 + μ) (t_вр – t_но).                                                 (2.5)

Значения удельных теплопотерь жилых, общественных и про­мышленных зданий различного объема и назначения приведены в таблице 2.1. Ими можно пользоваться при ориентиро­вочном расчете нагрузки жилых, общественных и промышленных зданий в климатических районах с t_но = - 30 ºC. При других значениях t_но  к величинам, взятым из табл. 2.1, следует ввести поправочный коэффициент β.

tно, ºC	- 10	- 20	- 30	- 40	- 50
β	1,3	1,1	1,0	0,9	0,85

Удельную отопительную характеристику здания q_о, ккал/ м³ ч°С (кДж/м³ч°С), при отсутствии этого значения в таблице 2.1, можно определить по формуле

,                                                                   (2.6)

где а = 1,66 ккал/м^2,83ч°С = 1,85 кДж/м^2,83ч°С; n = 6 - для зданий строительства до 1985 г.;

а = 1,3 ккал/м^2,875ч°С = 1,52 кДж/м^2,875ч°С; n = 8 - для зданий строительства после 1985 г.

Для жилых и общественных зданий при правильной эксплуатации максимальный коэффициент инфильтрации в большинстве случаев составляет 3÷6 %, что лежит в пределах погрешности расчета теплопотерь. Поэтому для упрощения инфильтра­цию не вводят в расчет, т.е. принимают μ = 0. Для учета инфильтрации значение удельных теплопотерь принимают с не­большим запасом [4,5].

Метод расчета по укрупненным показателям. При определении тепловой нагрузки вновь застраиваемых районов и отсутствии данных о типе и размерах, намечаемых к сооружению общественных зданий, можно определить расчетный расход теплоты на отопление жилых и общественных зда­ний по формуле

Q_ор = ּ А (1 + К₁),                                                               (2.7)

где – укрупненный показатель максимально­го расхода теплоты на отопление 1 м² общей площади жилых зданий (значения  приведены в табл. 2.3); А – общая площадь жилых зданий, м²; К₁ – коэффициент, учитывающий расход те­плоты на отопление общественных зданий. При отсутствии данных рекомендуется принимать К₁ = 0,25 [6].

Таблица 2.3

Укрупненные показатели максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м² общей площади q _o, Вт

Этаж жилой застройки	Характеристика зданий	Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления tНО, oC
		-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40	-45	-50	-55
Для постройки до 1985 г.
1 – 2	Без учета внедрения энергосберегающих мероприятий	148	154	160	205	213	230	234	237	242	255	271
3 – 4		95	102	109	117	126	134	144	150	160	169	179
5 и более		65	70	77	79	86	88	98	102	109	115	122
1 – 2	С учетом внедрения энергосберегающих мероприятий	147	153	160	194	201	218	222	225	230	242	257
3 – 4		90	97	103	111	119	128	137	140	152	160	171
5 и более		65	69	73	75	82	88	92	96	103	109	116
Для постройки после 1985 г.
1 – 2	По новым типовым проектам	145	152	159	166	173	177	180	187	194	200	208
3 – 4		74	80	86	91	97	101	103	109	116	123	130
5 и более		65	67	70	73	81	87	87	95	100	102	108

 

Для экономного использования топлива важное значение имеет выбор начала и конца отопительного сезона. Начало и конец отопительного сезона для жилых и общест­венных зданий обычно регламентируются мест­ными органами власти.

Действующими в нашей стране строитель­ными нормами и правилами продолжительность отопительного периода определяется по числу дней с устойчивой среднесуточной температу­рой +8 °С и ниже. Эту наружную темпера­туру обычно считают началом и концом отопи­тельного периода t_нк = +8 °С. Однако эксплуата­ционные наблюдения показывают, что нельзя оставлять жилые и общественные здания без отопления в течение продолжительного времени при наружной температуре t_н ниже +10 ÷ +12 °С, так как это приводит к заметному снижению внутренней температуры в помещении и неблагоприятно отражается на самочувствии населения.

Переход от директивной экономики к рыноч­ной в принципе снимает какие-либо ограниче­ния в назначении продолжительности отопи­тельного периода. Эту продолжительность (на­чало и конец) определяет потребитель тепловой энергии. В то же время для энергоснабжающей ор­ганизации важно знать продолжительность пе­риода, в течение которого будет иметь место спрос на теплоту. Такой спрос на теплоту должен определяться, как правило, на основании многолетних статистических дан­ных с учетом прогноза роста (снижения) при­соединенных к тепловым сетям тепловых нагру­зок.

Вентиляция. Назначением вентиляции является поддержание в здании нормального состояния воздушной среды путем нагнетания в него чистого атмосферного воздуха и удаления из помещений вредных выделений производства, избыточных тепловыделений и влаги.

Расход теплоты на венти­ляцию предприятий, а также обществен­ных зданий и культурных учреждений со­ставляет значительную долю суммарного теплопотребления объекта. В производст­венных предприятиях расход теплоты на вентиляцию часто превышает расход на отопление.

Метод расчета расхода теплоты на вентиляцию по кратности воздухообмена и по удельным вентиляционным характеристикам. Ориентировочный расхода теп­лоты на вентиляцию, Вт или ккал/ч, мож­но определить по формуле

Q_в = m ּ V_в ּ C_в (t_вп – t_н),                                           (2.8)

где m – кратность обмена воздуха, 1/с или 1/ч; V_В - вентилируемый объем здания, м³; C_в – объемная теплоемкость воздуха,                                            C_в = 1,26 кДж/(м³ ∙К) = 0,3 ккал/(м³ ∙°С); t_вп – температура нагретого воздуха, по­даваемого в помещение, °С; t_н – темпера­тура наружного воздуха, °С.

Для удобства расчета формулу (2.8) приводят к виду

Q_в = q_в ּ V (t_в – t_н),                                                       (2.9)

где q_в – удельный расход теплоты на вентиляцию, т.е. расход теплоты на 1 м³ вентилируемого здания по наружному обмеру при разности между рас­четной температурой воздуха внутри вен­тилируемого помещения и температурой наружного воздуха в 1°С (значения q_в приведены в таблице 2.1); V – наружный объем вентилируемого здания; t_в – усредненная внутренняя температура, °С.

Из сравнения (2.8) и (2.9) следует, что при равенстве температур нагретого воздуха, подаваемого в помещение и температурой воздуха внутри помещения t_вп = t_в

,                                                                        (2.10)

В справочной литературе [6,7] приведены значения удельных расходов теплоты на вентиляцию промышленных, а также служебных и обще­ственных зданий, на основе которых могут быть определены расчетные расходы тепло­ты на вентиляцию по удельным вентиляционным характеристикам.

Для снижения расчетного расхода теп­лоты на вентиляцию минимальная наруж­ная температура, по которой рассчитывают­ся вентиляционные установки, t_нв, прини­мается, как правило, выше расчетной тем­пературы для отопления t_но. По действую­щим нормам расчетная температура наруж­ного воздуха для проектирования вентиля­ции определяется как средняя температура наиболее холодного периода, составляюще­го 15 % продолжительности всего отопи­тельного периода. Исключением являются только промышленные цехи с большим вы­делением вредностей, для которых t_нв при­нимается равной t_но.

Значения расчетных температур наружного воздуха                t_нв принимаются согласно СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» [4]. Согласно п. 5.10 в качестве расчетной температуры наружного воздуха для проектирования систем вентиляции общественных, административно-бытовых и производственных помещений t_нв в заданном населенном пункте принимают температуру, соответствующую параметрам «А» для теплого и параметрам «Б» для холодного периодов года. Согласно п. 5.11 для зданий сельскохозяйственного назначения, если они не установлены строительными или технологическими нормами, в качестве t_нв принимают температуру, соответствующую параметрам «А» для теплого и холодного периодов года. Значения t_нв представлены в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», таблице 1 [5].

Расчетный расход теплоты на венти­ляцию

Q_вр = q_в ּ V (t_вр – t_нв),                                                            (2.11)

где t_вр – усредненная расчетная внутрен­няя температура, °С.

Когда температура наружного воздуха становится ниже t_нв, расход теплоты на вентиляцию не должен выходить за преде­лы расчетного расхода. Это достигается со­кращением кратности обмена. Минимальная кратность обмена m_min  при наружной температуре t_но определяется по формуле

,                                                              (2.12)

где m – расчетная кратность обмена воздуха.

Для регулирования кратности обмена возду­ха в диапазоне температур t_нв > t_н > t_но вентиля­ционные установки должны быть оснащены авторегулируюшими приборами. Ручное регули­рование сложно, несовершенно и приводит к пе­рерасходу теплоты.

Метод расчета по укрупненным показателям. При отсутствии более точных данных СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети» [8] рекомендует оп­ределять расчетный расход теплоты на вентиля­цию общественных зданий по формуле

    Q_вр = ּА ּ К₁ ּ К₂, Вт,                                         (2.13)

где К₂ – коэффициент, учитывающий расход те­плоты на вентиляцию общественных зданий; при отсутствии более точных данных рекомендуется принимать для общественных зданий, построен­ных до 1985 г. К₂ = 0,4; после 1985 г. К₂ = 0,6. Значения , А , К₁  определяются по формуле (2.7).

Местная вентиляция. Задачей местной вентиляции является создание на ограниченных участках помещения заданных условий. Местная вентиляция подразделяется на приточную и вытяжную. Наибольшее распространение в качестве местной вентиляции получили воздушная завеса, устанавливаемая у ворот или дверей промышленных цехов и общественных зданий (метро, универмаги, учебные заведения) с большим транспортным и людским потоком.  

Горячее водоснабжение.В связи с интенсивным жилищным строительством значительно выросла на­грузка горячего водоснабжения городов. Эта нагрузка во многих районах становит­ся соразмерной отопительной нагрузке. Годовой отпуск теплоты на горячее водо­снабжение жилых районов часто достигает 35÷40 % суммарного годового расхода те­плоты района.

Метод расчета теплоты на горячее водоснабжение по удельным нормам. Горячее водоснабжение имеет весьма неравномерный характер как в течение су­ток, так и в течение недели. Наибольшая на­грузка горячего водоснабжения в жилых районах имеет место, как правило, в пред­выходные дни (при 5-дневной рабочей не­деле в первый выходной день – субботу). Средненедельный, или средний, расход теплоты (средненедельная тепловая нагрузка) горячего водоснабжения отдельных жилых, общественных и промышленных зданий или группы однотипных зданий оп­ределяется по следующей формуле:

, Вт,                        (2.14)

где а^ср – норма расхода горячей воды с тем­пературой τ_г  = 55 °С, кг (л) на 1 потребителя в средние сутки (на 1 жителя, 1 посетителя, 1кг сухого белья и др.); значения а^ср принимаются согласно СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий»   прил. 3 [9]; b  – расход горячей воды с температурой τ_г = 55 °С, кг (л) для общественных зданий, отнесенный к одному жителю района; при отсутствии более точных данных рекомен­дуется принимать b = 25 кг (л) на 1 чел. в сутки; m – количество потребителей; – массовая теплоемкость воды,  = 4190 Дж/(кг∙ К); τ_Х – температура холодной воды, °С; при отсутствии данных о температуре холодной водопроводной воды ее принимают в ото­пительный период 5 °С, а в летний период 15 °С; n_с = 24 ч – расчетная круглосуточная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение; коэффициент 1,2 учитывает остывание горячей воды в абонентских сис­темах горячего водоснабжения.

Нормы расхода горячей воды приведены в табл. 2.4.

При определении средненедельного рас­хода теплоты на горячее водоснабжение только жилых зданий без учета расхода го­рячей воды в общественных зданиях в фор­муле (2.14) принимают b = 0.

Температура горячей воды в местах водоразбора должна поддерживаться в сле­дующих пределах:

· в открытых системах теплоснабжения и в системах местного горячего водоснаб­жения не ниже 55 и не выше 80 °С;

· в закрытых системах теплоснабжения не ниже 50 и не выше 75 °С.

Средний расход теплоты на бытовое го­рячее водоснабжение за сутки наибольшего водопотребления вычисляется по следующей формуле:

, Вт,                (2.15)                                                  

где χ_н – коэффициент недельной неравно­мерности расхода теплоты;                      а^{ср с} – норма расхода горячей воды с тем­пературой τ_г = 55 °С, кг (л) на 1 потребителя в сутки наибольшего водопотребления; значения а^{ср с}, принимаются согласно СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» прил. 3 [9] по табл. 2.4.

При отсутствии опытных данных реко­мендуется принимать для жилых и общест­венных зданий χ_н = 1,2; для промышленных зданий и предприятий χ_н = 1.

Таблица 2.4

Нормы расхода воды потребителями

Водопотребители	Измери- тель	Норма расхода воды, л			Расход воды прибором, л/с (л/ч)
		в средние сутки, л/сут	в сутки наибольше-го водопот- ребления,  л/сут	в час наибольше-го водопот- ребления, л/ч
1	2	3	4	5	6
1. Жилые дома квартирного типа:
- с ваннами длиной от 1500 до 1700 мм, оборудованными душами;	1 житель	105	120	10	0,2(200)
- высотой св. 12 этажей и повышенными требованиями к их благоустройству	то же	115	130	10,9	0,2(200)
2. Общежития:
- с общими душевыми;	то же	50	60	6,3	0,14(60)
-с душами при всех жилых комнатах;	« »	60	70	8,2	0,14(60)
- с общими кухнями и блоками душевых на этажах при жилых комнатах	« »	80	90	7,5	0,14(60)
3. Гостиницы, пансионаты и мотели с общими ваннами и душами	то же	70	70	8,2	0,2(200)
4. Гостиницы и пансионаты с душами во всех отдельных номерах	то же	140	140	12	0,14(80)
5.Гостиницы с ваннами в отдельных номерах, % от общего числа номеров:
до 25	то же	100	100	10,4	0,2(180)
до 75	« »	150	150	15	0,2(190)
до 100	« »	180	180	16	0,2(200)
6.Больницы:
-с общими ваннами и душевыми;	1 койка	75	75	5,4	0,14(60)
-с сан. узлами, приближенными  к палатам;	то же	90	90	7,7	0,2(200)
- инфекционные	« »	110	110	9,5	0,14(120)
7. Санатории и дома отдыха:
-с ваннами при всех жилых комнатах;  -с душами при всех жилых комнатах	то же   « »	120   75	120   75	4,9   8,2	0,2(200)   0,14(60)
8. Поликлиники и амбулатории	1 больной в смену	5,2	6	1,2	0,14(60)
9. Детские ясли и сады:
- с дневным пребыванием детей:
а) со столовыми, работающи- ми на полуфабрикатах;	1 ребенок	11,5	16	4,5	0,1(60)
Окончание таблицы 2.4
1	2	3	4	5	6
б)  со  столовыми,  работаю- щими  на  сырье,  и  прачеч- ными, оборудованными  автоматическими машинами;	1 ребенок	25	35	8	0,14(60)
- с круглосуточным пребывании- ем детей:
а) со столовыми, работающи- ми на полуфабрикатах;	то же	21,4	30	4,5	0,1(60)
б) со столовыми, работающи- ми на сырье, и прачечными, оборудованными   автомати- ческими машинами	« »	28,5	40	8	0,14(60)
10. Прачечные:	1 кг сух. белья
-механизированные; -немеханизированные		25 15	25 15	25 15	по тех. дан. 0,2(200)
11. Административные здания	1 рабо- тающий	5	7	2	0,1(60)
12.Учебные заведения	1 уч-ся и 1 преп-ль	6	8	1,2	0,1(60)
13.Общеобразовательные школы	то же	3	3,5	1	0,1(60)
14.Профтехучилища	то же	8	9	1,4	0,1(60)
15. Научно - исследовательские институты и лаборатории:
-химического профиля;	1 рабо- тающий	60	80	8	0,2(200)
-биологического профиля;		55	75	8,2	0,2(200)
-физического профиля;		15	20	1,7	0,2(200)
-естественных наук		5	7	1,7	0,1(60)
16. Аптеки	то же	5	7	2	0,1(40)
17. Предприятия общественного питания:	1
-для приготовления пищи; -выпускающие полуфабрикаты:	условное блюдо	12,7	12,7	12,7	0,2(200)
а) мясные;	1 т	-	3100	-	0,2(200)
б) рыбные		-	700	-	0,2(200)
18. Магазины:
- продовольственные;	1  рабо- тающий в смену	65	65	9,6	0,2(200)
- промтоварные		5	7	2	0,1(60)
19. Парикмахерские	1 рабочее место в смену	33	35	4,7	0,1(40)
20.Кинотеатры	1 место	1,5	1,5	0,2	0,1(50)
21.Клубы	то же	2,6	3	0,4	0,1(50)
22.Театры:
- для зрителей; - для артистов	1 место 1 артист	5 25	5 25	0,3 2,2	0,1(40) 0,1(50)

 

Нагрузка горячего водоснабжения жи­лых домов имеет, как правило, в рабочие дни «пики» в утренние и вечерние часы и про­валы в дневные и поздние ночные часы. В домах с ваннами пиковая нагрузка горя­чего водоснабжения превышает среднесу­точную в 2 ÷ 3 раза. В выходные дни суточ­ный график горячего водоснабжения имеет более равномерное заполнение.

Максимально-часовой рас­ход теплоты на бытовое горячее водоснаб­жение равен среднему расходу теплоты за сутки наибольшего водопотребления, умноженному на коэффициент суточной неравномерности:

= = , Вт, (2.16)        

где χ_с – коэффициент неравномерности расхода теплоты за сутки наибольшего во­допотребления; а^max – норма расхода горячей воды с тем­пературой τ_г = 55 °С, кг (л) на 1 потребителя в час наибольшего водопотребления; значения а^max принимаются согласно           СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий»    прил. 3 [9] по табл. 2.4.

При ориентировочных рас­четах можно принимать для городов и насе­ленных пунктов χ_с = 1,7 ÷ 2,0; для промыш­ленных предприятий χ_с = 1.

Метод расчета теплоты на горячее водоснабжение по укрупненным показателям. Для ориентировочных оценок теплопотребления средний и максимальный тепловой поток на ГВС жилых и общественных зданий определяют по формулам, Вт:

;                                                                          (2.17)

,                                                                    (2.18)

где  – укрупненный показатель среднего теплового потока на ГВС на 1 человека, принимаемый по табл. 2.5.

Расход теплоты на ГВС в летнее время определяется по формуле

, Вт,                                            (2.19)

где β – коэффициент, учитывающий изменение среднечасового расхода воды на ГВС; принимается для жилищно-коммунального сектора β = 0,8 (для курортных и южных городов β = 1,5), для предприятий β= 1,0.

Для покрытия «пиков» неравномерности горячего водопотребления в системе теплоснабжения предусматривается установка баков-аккумуляторов горячей воды. Заполнение или зарядка баков осуществляется в часы малого или полного отсутствия водоразбора, а опорожнение или разрядка – в часы пик.       

 

Таблица 2.5

Укрупненные показатели среднего теплового потока на горячее водоснабжение

Средняя за отопительный период норма расхода воды при температуре 55 оС на горячее водоснабжение в сутки на 1 чел., проживающего в здании с горячим водоснабжением, л	На одного человека, Вт, проживающего в здании
	с горячим водоснабжением	с горячим водоснабжением с учетом потребления в общественных зданиях	без горячего водоснабжения с учетом потребления в общественных зданиях
85	247	320	73
90	259	332	73
105	305	376	73
115	334	407	73

 

2.2. Суммарная тепловая мощность автономного источника энергоснабжения

       Расчетным значением рабочей тепловой мощности автономного источника энергоснабжения называют сумму часовой тепловой мощности для покрытия нагрузок на отопление, вентиляцию, ГВС и технологические нужды с учетом тепловых потерь при транспортировке теплоносителя и мощности собственных нужд:

 

Q^р _ист = Q_ор + Q_вр + Q_гр + Q_т + Q + Q_сн,                            (2.20)

 

где Q – теплопотери при транспортировке теплоносителя; Q_сн – теплопотребление на собственные нужды.

Тепловой мощностью источника теплоснабжения является сумма [10]:

Q _ист = Q_ор + Q_вр + Q_гр + Q_т .                                                  (2.21)

    В зависимости от типа системы теплоснабжения открытая или закрытая расчетные значения рабочей тепловой мощности будут различаться расчетными нагрузками ГВС. Так, для закрытой системы

 

Q^р _ист = Q_ор + Q_вр + Q_г^max + Q_т + Q + Q_сн ,                                    (2.22)

 

где Q_г^max – максимальная часовая мощность на ГВС.

Для открытой системы

 

Q^р _ист = Q_ор + Q_вр + Q_г^ср + Q_т + Q + Q_сн ,                                            (2.23)

 

где Q_г^ср – среднечасовая за отопительный период тепловая мощность на ГВС.

В зависимости от типа источника теплоснабжения и вида топлива, сжигаемого в топках котлов, а также типа системы тепло­снабжения, изменяется тепловая мощность, потребляемая источником теп­лоснабжения на собственные нужды. Она расходуется для химводоочистки, деаэрации воды, обдувки экономайзе­ров (для паровых котлоагрегатов),  на подогрев мазута и др.

Ниже приведены формулы для ориентировочного (укрупненного) оп­ределения рабочей тепловой мощности источников теплоснабжения раз­личных типов [10]:

- для источников теплоснабжения отопительного типа с водогрейными котлами:

;                                      (2.24)

величина Q_гр берется в зависимости от типа системы теплоснабжения (открытая или закрытая);

- для источников теплоснабжения производственно-отопительного ти­па с паровыми котлами низкого давления (р =1,4 МПа) и отпуском теплоты по закрытой схеме при нагрузке на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение менее 20 % от тепловой мощности источника теплоснабжения, выработка пара составит, кг/с:

;                  (2.25)

- для источников теплоснабжения производственно-отопительного ти­па при нагрузке на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение более 20 %, выработка пара составит, кг/с:

,        (2.26)

где  - расход пара на технологические нужды, кг/с; G_K - возврат кон­денсата от потребителя, кг/с;  - доля возврата конденсата         (задается); t_K - температура возвращаемого конденсата, ° С.

Коэффициенты А, Б и В в формулах (2.24) - (2.26), приведенные в таблице 2.6, учитывают затраты мощности на собственные нужды и потери в источниках теплоснабжения.

По значению расчетной тепловой мощности выбирают мощность теплогенерирующего оборудования и диаметры трубопроводов. В зависимости от изменения тепловой потребности в тече­ние суток, месяца, сезона и года разрабатывают соответствующие режимы отпуска тепловой энергии - эксплуатационные режимы работы теплоснаб­жающих устройств. При этом учитывают взаимное расположение потреби­телей относительно друг друга, удаленность потребителей от источников теплоты, геометрическую высоту зданий и рельеф местности.

Итак, основными исходными данными для выбора типа источника энергоснабжения и основного оборудования являются электрическая мощность на клеммах генератора N_э и расчетная тепловая мощность источника . 

 

 

Таблица 2.6

Значения коэффициентов А, Б, Вдля определения рабочей тепловой мощности

Тип тепло-генерирую­щей уста­новки	Система теплоснабжения	Тип котла	Топливо	А	Б	В
Отопитель­ная	Закрытая	Водогрейный	Мазут, тв. топливо, газ	1,0526 1,018	1,0526 1,018	-
	Открытая ( )	Водогрей­ный	Мазут, тв. топливо, газ	1,519 1,0172	1,182 1,182	_
Производственно-отопитель- ная	Закрытая ( )	Паровой	Мазут, тв. топливо, газ	1,273 1,217	0,00168 0,00168	-
	Закрытая ( )	Паровой	Мазут, тв. топливо, газ	0,4375 0,4231	0,4375 0,4231	1,0184 0,9736
	Открытая ( )	Паровой	Мазут, тв. топливо, газ	0,4372 0,4227	0,4912 0,4912	1,0184 0,9736

 

Из названных величин одна из них может являться независимой величиной. В случае если источник энергоснабжения работает по независимому электрическому графику, то приоритетной величиной является N_э, при этом выработка тепловой энергии полностью определяется выработкой электрической энергии. В этом случае тепловой мощности источника может не хватить для покрытия пиковых тепловых нагрузок в зимний период, что потребует установки дополнительных котлов.

В случае если источник энергоснабжения комплектуется основным оборудованием для покрытия в первую очередь тепловых нагрузок, то выработка электрической энергии является вторичной. Количество вырабатываемой электрической энергии при этом может превышать требуемое значение.

В этом случае с избытком электрической энергии поступают следующим образом:

1) используют в электрокотлах для покрытия части тепловых нагрузок. Такое решение позволяет перейти на пониженные теплогенерирующие мощности;

2) передают ее в единую энергосистему.

Расчет электрических нагрузок

 

При расчете силовых нагрузок большое значение имеет правильное определение электрической нагрузки во всех элементах силовой сети. Завышение нагрузки может привести к перерасходу проводникового материала, к повышению стоимости строительства; занижение нагрузки – к уменьшению пропускной способности электрической сети и т.д. [11].

Расчет начинают с определения установленной номинальной мощности каждого электроприемника, мощности наиболее загруженной смены и максимальной расчетной мощности участка, цеха, завода или объекта. Номинальная мощность – это полезная мощность электроприемника, совершающая работу. Она указывается в технических характеристиках электроустановок, электродвигателей, электронагревателей, силовых сварочных и печных трансформаторов, и т.д.

В цехах промышленных предприятий установлено до 80 % асинхронных двигателей, работающих в разных технологических режимах.

Для электродвигателей (металлорежущих станков, вентилято-

ров, компрессоров и т.д.) фактически потребляемая активная мощность:

^*,                                                         (2.27)

где – паспортная (потребляемая) мощность электродвигателя, кВт; η – КПД двигателя; P_ном – полезная мощность, кВт;  ΔP – собственные потери электродвигателя, кВт.

Для значительной группы электродвигателей активная мощность , так как в период максимальной загрузки электроприемников потери ΔP компенсируются мощностью не участвующих в работе электроприемников.

Для всех нагревательных приемников, в том числе освещения, всегда .

Для электроприемников, заданных полной мощностью S (трансформаторов силовых, печных, сварочных и т.д.)

, кВт,                                           (2.28)

где S – полная паспортная (установленная) мощность, кВА; cosφ – коэффициент мощности.

Для электродвигателей с повторно – кратковременным режимом (краны, лифты)

, кВА ,                                                    (2.29)

где ПВ = 15, 25, 40, 60 % - повторное включение приемника, задается техпроцессом в процентах.

 

 

* В данной главе обозначения величин принято такое же, как в типовых электротехнических расчетах.

 

Для электроприемников с ПВ, заданных полной мощностью S (сварочных трансформаторов и машин)

.                                                        (2.30)

Когда все электроприемники включены в работу, то расчет ведут методом «коэффициента максимума». Одиночные электроприемники группируются и присоединяются к общему силовому щиту. Следовательно, для группы электроприемников номинальная мощность равняется сумме мощностей отдельных электроприемников: ,                                        (2.31)

где - суммарная мощность отдельных «i» электроприемни-

ков, кВт.

Сменная Р_см или средняя Р_ср мощность учитывает количество мощности, израсходованной в период одной наиболее загруженной смены (рис.2.2):

; ,                         (2.32)

где W_a – активная энергия, кВт·ч; Т_см – продолжительность смены, ч; W_р – реактивная энергия, кВАр·ч.

Для вновь проектируемых промышленных предприятий активная (кВт) и реактивная (кВАр·ч) мощности каждого одиночного электроприемника

; ,                   (2.33)

где К_и – коэффициент использования электроприемника;  -  реактивный  коэффициент  мощности электро-

приемника.

Рассматривая электрическую нагрузку в комплексе, присоединенную к трансформаторной подстанции (ТП), сменную мощность суммируют:

; ,                                  (2.34)

где n – количество электроприемников.

Максимальная мощность – это наибольшая мощность, потребляемая участком, цехом, заводом в течение первой смены за 30 мин. Если за 30 мин провода выдержат максимальную нагрузку и не перегреются, то выбранного сечения достаточно для длительного режима работы:

; .              (2.35)

Полная максимальная мощность (кВА) и максимальный ток (А)

; .            (2.36)

При расчетах и исследованиях электрических нагрузок применяют расчетные коэффициенты, характеризующие режим работы электроприемников, потребление энергии и мощности, времени и графиков нагрузки.

1. Коэффициент использования К_и . Этот коэффициент является основным показателем для расчета нагрузки. Коэффициент использования К_и или средний коэффициент группы К_иc электроприемников характеризует использование активной мощности и представляет собой отношение средней активной мощности P_см одного приемника или группы приемников за наиболее загруженную смену к номинальной мощности Р_ном (установленной):

.                                                              (2.37)

При подключении группы электроприемников к одной ТП коэффициент использования активной мощности группы приемников равняется отношению средней активной мощности группы к ее номинальному значению с разными режимами работы за смену

,                              (2.38)

где n – число подгрупп приемников с разными режимами работы, входящих в данную группу; Р_1см – средняя мощность подгруппы за наиболее загруженную смену; Р_1ном – номинальная мощность приемников.

Очевидно, что коэффициент использования К_и для каждого электроприемника или суммарный для группы приемников будет меньше единицы, то есть К_и < 1,0 (К_и = 0,4 – 0,9). Коэффициент использования К_и и средневзвешенный коэффициент мощности cosφ для разных приемников задаются справочными таблицами, которые используют при расчете нагрузок.

Для графика активных нагрузок (рис.2.1) средний коэффициент использования активной мощности приемника за смену можно определить из выражения

.    (2.39) Аналогично определяется коэффициент использования для реактивной мощности

,                                       (2.40)

где q_ном–номинальная реактивная мощность одного приемника, кВАр.

Рис. 2.1. Индивидуальный график активных нагрузок

 

2. Коэффициент спроса - это отношение потребляемой мощности к номинальной. Он является вторым основным показателем для расчета нагрузки, как и коэффициент использования

,                                               (2.41)

где Р_потр – потребляемая мощность, равная средней мощности за смену плюс потери мощности в проводах и самих потребителях.

Коэффициент спроса для различных отраслей предприятий и электроприемников приводится в справочниках (К_с = 0,5 – 0,95).

Фактическая нагрузка может быть определена, как произведение установленной мощности Р_у на коэффициент К_и или К_с, т.е.

,                                           (2.42)

где Р_у = Р_1см – установленная номинальная мощность группы приемников, определяемая по выражению (2.34).

Расчетная или потребляемая активная нагрузка для группы однородных по режиму работы приемников определяется (см. рис.2.1):

 ,                                  (2.43)

где Р_ном= Р_потр – номинальная установленная мощность; К_с – коэффициент спроса по справочным данным для данной группы приемников или по формуле (2.39) при t_паузы=0; tgφ - реактивный коэффициент мощности (по справочнику).

Расчет электрических нагрузок по удельным расходам электроэнергии

Определение нагрузок производится при наличии данных о годовом объеме выпускаемой продукции (тонны, штуки, метры), режиме работы предприятия и прогрессивных нормах удельного расхода электроэнергии [11].

По статическим данным или технологическим расчетам для каждой продукции устанавливаются удельные расходы электроэнергии, представляющие собой расход электроэнергии на производство единицы продукции.

На производстве количество выпускаемой продукции чаще всего измеряется в тоннах, а удельный расход электроэнергии - в кВт∙ч/т.

Если известно, что за время Т часов предприятие выпускает G_тонн продукции, то потребляемая им средняя активная мощность будет равна

,                                                         (2.44)

где W_y – удельный расход электроэнергии, кВт ·ч/т.

Удельные расходы электроэнергии на единицу соответствующей продукции цехов, заводов и фабрик определены и сведены в принятые и утвержденные таблицы, которыми пользуются при проектировании электроснабжения соответствующего предприятия.

В таблице 2.7 приведены значения удельных расходов электроэнергии на единицу готовой продукции заводов черной металлургии и машиностроительной промышленности [12].

Расчет электрических нагрузок по удельной мощности на единицу производственной площади

Расчетную нагрузку можно определить по удельной мощности на единицу производственной площади. Для группы электроприемников расчетная мощность (нагрузка) равна

,                                                              (2.45)

где F – площадь размещения группы приемников, м²; р₀ – удельная расчетная мощность на 1  м² производственной площади, кВт/м².

 

 

Таблица 2.7

Удельные расходы электроэнергии

№ п/п	Наименование продукции	Единицы измерений	Удельный расход кВт∙ч на единицу продукции Wy
1	Готовый прокат на крупных заводах	т	60-80
2	Трубы стальные	т	126-160
3	Электросталь	т	720-815
4	Автомобили	ед	1300-1900
5	Дизель-тепловозы	ед	10500
6	Троллейбусы	ед	15000

Расчетные удельные мощности зависят от рода производства и выявляются по статистическим данным. В табл. 2.8 приведены значения удельных мощностей на 1 м² производственной площади для некоторых предприятий [12].

Таблица 2.8

Удельные мощности (нагрузки) при освещении лампами накаливания

№ п/п	Наименование предприятия	Удельная нагрузка Вт/м2
1	Механические и сборочные цеха	13-16
2	Кузнечно-прессовые и термические цеха	15
3	Деревообделочные цеха	14
4	Литейные цеха	12-15
5	Котельные	8-10
6	Насосные и компрессорные	10-15
7	Трансформаторные подстанции	12-15
8	Гаражи	10-15
9	Магазины и склады	10
10	Центральные заводские лаборатории	20
11	Столовые	20
12	Бытовые помещения цехов	20
13	Пульты управления электростанций и подстанций	25-30
14	Территория предприятий	0,15-0,2

 

Определение осветительных электрических нагрузок предприятий

Мощности, потребляемые электрическим освещением различных производственных площадей, могут быть определены по формуле [11]:

, кВт                                   (2.46)

или менее точно по формуле

,                                                (2.47)

где S_о – освещаемая площадь в м², равная общей площади освещаемого помещения за вычетом неосвещаемых площадей (например, занятых оборудованием высотой более 2 м от пола); S – общая площадь освещаемого помещения, м²; р_уо – удельная мощность, затрачиваемая на 1 м² освещаемой площади, Вт/м²; р_у – удельная мощность, затрачиваемая на 1 м² общей площади освещаемого помещения, Вт/м².

Из равенств (2.46) и (2.47) следует

  ,  (2.48)

где К_з – коэффициент загроможденности освещаемой площади.

К_з, р_уо и р_у приводятся в справочных таблицах для всех помещений и цехов предприятий. Они зависят от многих факторов: от вида лампы, прожектора, требуемой освещенности и состояния помещения.

 

 

---

Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 23; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!