Норма водопотребления. Среднее и максимально-суточное водопотребление

⁰

К.т.н. О.Д.Самарин, доцент,
Московский государственный строительный университет, г. Москва

В статье приводятся достаточно простые и точные соотношения для коэффициента часовой неравномерности потребления горячей воды, необходимого при расчете теплообменного оборудования систем горячего водоснабжения (ГВС) и тепловых сетей.

Как известно, теплообменные аппараты для подогрева воды в системах ГВС, а также трубопроводы наружных тепловых сетей в случае несвязанного регулирования подачи теплоты на ГВС и нужды отопления и вентиляции рассчитываются на максимальные часовые расходы горячей воды и, соответственно, теплоты . При этом часто используется понятие коэффициента часовой неравномерности потребления горячей воды K h , с помощью которого можно определить требуемый расход через нормативное среднесуточное водопотребление.

Для параметра K h нетрудно записать выражение, исходя из правил вычисления секундных и часовых расходов воды в соответствии с с учетом выводов, полученных автором в работе и позволяющих предложить аналитические зависимости:

Такие зависимости были бы весьма полезны как в практике проектирования, так и с точки зрения упрощения учебного процесса. Они не требуют обращения к справочным таблицам и номограммам, что весьма ценно, поскольку их использование как источника данных достаточно удобно лишь при ручных расчетах.

Произведение NP, играющее роль математического ожидания числа одновременно включенных санитарно-технических приборов, для объекта в целом может быть найдено по очевидному выражению:

В этом случае обеспеченность расхода воды, соответствующего такому количеству включений, т.е. вероятность того, что фактический расход не превысит произведения расхода воды одним прибором на параметр NP, равна 0,5.

Здесь q h ru - расход горячей воды на одного потребителя в час наибольшего водопотребления, л/ч; q h hr , m - средний расход горячей воды в час на одного потребителя за неделю отопительного периода, л/ч; q h hr , mh =q h um /24, где q h um - средний за неделю отопительного периода расход горячей воды в сутки на одного потребителя, л/сут. Параметр U представляет собой общее число потребителей горячей воды на объекте, а величина q o , hr - часовой расход горячей воды одним санитарно-техническим прибором (диктующим), л/ч . При этом необходимо отметить, что для определения коэффициента часовой неравномерности сама по себе вероятность включения водоразборных устройств P, как, впрочем, и общее число приборов на объекте N, прямого значения не имеют, поскольку во все расчетные соотношения входят не они, а только их произведение NP, которое может быть вычислено независимо по формуле (2). Так получается, поскольку величина N входит и в выражение для вычисления P , поэтому при умножении сокращается.

Следует, правда, иметь в виду, что аналитические выражения, полученные в и использованные при записи формулы для K np из (1), вообще говоря, справедливы только для P<0,1 или при любом значении P, но для числа приборов N, превышающего 200, поскольку разработаны на основе анализа . Конечно, при существующем уровне нормативных расходов горячей воды, а также N и U, величина P, даже часовая, обычно не превышает 0,1, а значения N<200 могут встретиться только для небольших объектов, преимущественно нежилого назначения. Однако для общности предлагаемых рекомендаций целесообразно рассмотреть и другой вариант. С помощью источника нетрудно установить, что расчетные расходы воды в этом случае будут всегда меньше, чем при P<0,1 или N>200, поэтому выражение (1) дает нам коэффициент неравномерности для любого диапазона исходных данных с некоторым запасом. При этом уже для N>20 и P<0,2, что соответствует подавляющему большинству наблюдаемых на практике случаев, такой запас не превышает 10% и быстро уменьшается с дальнейшим ростом N, что вполне находится в пределах обычной точности инженерных расчетов.

Коэффициент Knp целесообразно представить как поправку к предельному минимальному значению Kh при бесконечном числе потребителей, равному, как легко убедиться, величине hru/q h um . Его физический смысл заключается в отношении суммы математического ожидания числа одновременно включенных водоразборных устройств m и его утроенного среднеквадратического отклонения к математическому ожиданию. В условиях нормального распределения случайной величины m , это соответствует требуемой обеспеченности расчетного расхода, равной 0,99865 , т.е. возможной необеспеченности подачи воды не более 1 часа в месяц. Если NP<100, начинает сказываться влияние фактической конечности числа испытаний, приводящее к отклонению вероятности, рассчитываемой для имеющей на самом деле место биномиальной схемы, от ее предельного уровня, соответствующего нормальному распределению. Это отклонение учитывается за счет введения в соотношение (1) дополнительного поправочного множителя A. Ясно, что Knp всегда больше единицы, и тем существеннее, чем меньше произведение NP. Зависимость Knp при NP от 2 до 100, построенная по соотношению (1), приведена на рис. 1 (сплошная линия).

Поскольку q h ru =10 л/ч и q h um =105 л/сут. для жилых зданий высотой до 12 этажей с ваннами, оборудованными душами, а при числе этажей более 12 и повышенных требованиях к их благоустройству q h ru =10,9 л/ч и q h um =115 л/сут. , величина q h ru /q h um в обоих вариантах будет равна 2,28. Для этого случая на рис. 1 построен график Kh (пунктирная линия). Легко видеть, что получаемые здесь значения практически не отличаются отданных, приведенных в .

Если использовать часовой расход горячей воды qo, hr для диктующего прибора - душа в размере 200 л/ч , можно отметить, что количеству жителей в 1000 чел. отвечает уровень NP=50 для зданий до 12 этажей и NP=54,5 - для зданий выше 12 этажей. Тогда коэффициент неравномерности по формуле (1) получается равным соответственно 3,28 и 3,22. Расчет по дает при U=1000 величину Kh=3,27, т.е. расчет по (1) приводит к погрешности, не превышающей 1-2%, что, учитывая приближенность самого понятия коэффициента неравномерности, ориентированного на некоторый усредненный набор потребителей и их обобщенные характеристики, является очень хорошим показателем. При других значениях NP картина получается вполне аналогичной.

Интерес представляет также вопрос, как изменятся выражения (1), если принять другую обеспеченность расчетного расхода. В настоящее время это весьма актуально, поскольку вполне обоснованной представляется точка зрения, что эта обеспеченность должна зависеть от класса жилья (экономическое, бизнес, элитное и т.д.) и вытекающих из этого различных требований к надежности водоснабжения. Из теории вероятности следует , что в этом случае должен меняться числовой коэффициент в формуле для Knp, которая в общем случае запишется так:

Здесь Pн - принятая необеспеченность подачи воды, ierf - специальная функция (обратный интеграл вероятности). Если считать, что Zн -число часов в месяц, в течение которого допускается перерыв в водоснабжении, Pн, очевидно, в долях единицы будет равна Zн/720, или в процентах Zн/7,2. При этом, однако, для определения D необходимо пользоваться таблицами интеграла вероятности, например, из . В реально представляющем интерес диапазоне Рн от 0,075 до 0,44%, что соответствует возможной необеспеченности от 0,55 до 3,2 часов в месяц, можно получить аппроксимацию в виде:

D=2,37-0,314.ln(Рн), (4)

где Рн нужно подставлять в процентах. Графически зависимость (4) можно проиллюстрировать с помощью рис. 2.

Что же касается поправочного коэффициента A, учитывающего, что число одновременно включенных водоразборных приборов конечно, непосредственный расчет расходов воды с помощью разработанной автором программы для ЭВМ, использующей исходную биномиальную схему независимых испытаний, и последующее сравнение результатов с данными формулы (3) без учета параметра A показывают, что в рассматриваемой области изменения Рн приведенное выше выражение для A остается справедливым с погрешностью, как правило, не превышающей 1%. И только при малой величине NP (менее 3,5) и значительной необеспеченности водоснабжения (более 0,25%) отклонение становится более заметным, причем в сторону некоторого завышения коэффициента A, т.е. результат получается с некоторым запасом. Однако с учетом собственной погрешности исходного соотношения для A, несколько уменьшающей расход в рассматриваемом диапазоне NP, суммарная ошибка превышает 1% лишь при NP<2 и Рн>0,32%.

Таким образом, мы получили достаточно простые и точные соотношения для коэффициента часовой неравномерности потребления горячей воды, необходимого при расчете теплообменного оборудования систем ГВС и тепловых сетей. Соответствующие формулы обоснованы с точки зрения теории вероятности и пригодны для инженерных расчетов, а также удобны для применения в учебном процессе.

Литература

1. Ионин А.А. и др. Теплоснабжение. - М.: Стройиздат, 1982, 336 с.

2. СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий». - М.: ГУП ЦПП, 2000.

3. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-тех-нические устройства. Ч. 2. Водопровод и канализация / Под ред. И. Г. Староверова и Ю.И. Шиллера. - М.: Стройиздат, 1990, 248 с.

4. Самарин О.Д. О расчете расхода воды в системах холодного и горячего водоснабжения // Информационная система по теплоснабжению РосТепло.ру - www.rostep-lo.ru.

5. Севастьянов Б.А. Вероятностные модели. - М.: Наука, 1992, 176 с.

6. Мацкевич И.П., Свирид Г.П. Высшая математика: Теория вероятностей и математическая статистика. - Минск: Вышэйшая школа, 1993, 271 с.

Расчет тепловых нагрузок

Тепловая нагрузка, вырабатываемая проектируемой котельной должна обеспечивать отопительные и вентиляционные нужды поселка и нужды горячего водоснабжения. Основным потребителем тепла являются многоквартирные дома.

Расчетный часовой расход на отопление:

где q о

V – объем зданий, м 3 ;

t но =-24 ° С – температура наружного воздуха для расчета отопления;

t вн =18 ° С – температура воздуха внутри помещений.

Расчетный часовой расход на вентиляцию:

где q о – отопительная характеристика зданий,;

t нв =-11 ° С –температура наружного воздуха для расчета вентиляции;

Расход тепла на ГВС:

где G гв – расход воды на горячее водоснабжение, кг;

c – теплоемкость воды, ккал/кг;

t г – температура горячей воды, подаваемой в систему ГВС, °С;

t х – температура холодной водопроводной воды, °С;

h сп – КПД сетевых подогревателей.

Расход воды на ГВС определяется исходя из нормы расхода воды на одного человека:

, (1.4)

где m – число жителей, чел;

а – норма расхода горячей воды на одного человека, кг/чел×сут.

Пользуясь выше приведенной формулой для Q гв мы найдем среднесуточный расход тепла на ГВС. В то время, как для подбора оборудования нам необходим часовой расход. Вводится понятие суточной неравномерности потребления горячей воды c , которое связано с часовой и среднесуточной нагрузкой соотношением:

, (1.5)

где Q

Q гв.сут – среднесуточная нагрузка, ккал/час;

Расчетный коэффициент неравномерности нагрузки горячего водоснабжения жилого здания или группы жилых зданий можно ориентировочно принимать

При Q гв.сут £ 1 МВт ; (1.6)

При Q гв.сут ³ 1 МВт c =2,0.

Перечень потребителей тепла в поселке Новая Гута представлен в таблице 1.1

Для определения расчетной нагрузки на ГВС определим среднесуточную нагрузку для жилых домов. Общее число жителей – 4500 человек. Суточная норма на 1 человека – 110 кг/сут. Температуры горячей и холодной воды равны соответственно 60 и 10°С. Тогда

Т.к. Q гв.сут > 1 МВт, то можно принять коэффициент неравномерности c=2,0. Тогда расчетная нагрузка определится как

Таблица 1.1

	Объем одного здания, м 3	Количество зданий	Количество жильцов, чел
Жилые дома












Магазин, кофе

Для многоквартирных жилых домов на 160 человек найдем расчетную нагрузку на отопление, приняв отопительную характеристику q o =0,761:

Расчетная нагрузка с учетом потерь на собственные нужды и в сетях:

, (1.7)

где k сн – коэффициент расхода тепла на собственные нужды;

k пот – коэффициент потерь тепла в тепловых сетях.

Результаты представим в виде таблицы:

Таблица 1.2

	Объем, м 3	Количество	ккал/(м 3 ×ч×К)	ккал/(м 3 ×ч×К)	Расчетные нагрузки, Гкал/час
	Объем, м 3	Количество	ккал/(м 3 ×ч×К)	ккал/(м 3 ×ч×К)
Жилые дома












Магазин, кафе



Всего:					4, 43	0, 24

К установке принимаем три водогрейных котла КБН-Г-2,5. Котел работает в автоматическом режиме и обеспечивает плавную регулировку теплопроизводительности в диапазоне от 1,15 до 3,15 МВт.

Характеристики котла КБН-Г-2,5:

1. Номинальная теплопроизводительность не менее 2,9 Мвт.

2. Расход топлива при работе котла на газе с теплотой сгорания Q р н =35615кДж/м 3 не более 316м 3 /ч.

3. Коэффициент полезного действия не менее 93%.

4. Рабочее давление воды не более 0,6Мпа.

5. Максимальная температура воды на выходе из котла 95 0 .

6. Температура обратной воды перед котлом не менее 50 0 .

7. Расход воды не менее 100м 3 /ч (при ∆t=25 0 С).

8. Допустимое давление газа перед горелкой не менее 147 Па.

9. Максимальное давление газа перед автоматикой 3000Па.

10. Давление воздуха после вентилятора не менее 2000Па.

11. Минимальная температура выходящих газов 160 0 С.

12. Температура ограждающих поверхностей (кожуха) не более 45 0 С.

13. Время срабатывания защитных устройств (отклонения котла при погасании пламени) не более 2 с.

14. Время растопки котла не более 0,25ч (15 мин.).

15. Напряжение питания промышленной электрической сети переменного тока 380 В, 220 В частотой 50Гц.

16. Ресурс котла до капитального ремонта не менее 18000ч.

17. Средний срок службы до списания 10 лет.

18. Габаритные размеры не более:

Длина – 4000мм;

Ширина – 2000мм;

Высота – 3000мм.

19. Масса не более 5400кг.

Расчет горения топлива

Целью данного расчета является определение расхода воздуха, количества и состава продуктов горения. В качестве топлива используется природный газ, имеющий следующий состав (по объему):

Таблица 2.1

Компонент

Низшая теплота сгорания Q н р =8020 ккал/м 3 , плотность при нормальных условиях r 0 =0,70 кг/м 3 .

Расчет проводится на основе уравнений химических реакций окисления (горения) компонентов топливной смеси:

Из этих уравнений видно, что для сжигания 1 моль метана CH 4 необходимо 2 моль кислорода O 2 . При этом образуется 1 моль CO 2 и 2 моль H 2 O.

Так же находятся соотношения для других компонентов, пользуясь соответствующими уравнениями.

Определив количество кислорода, можно найти теоретическое количество

Нормой хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных местах называют количество воды в литрах, потребляемой в сутки одним жителем на хозяйственно-питьевые нужды. Норма водопотребления зависит от степени благоустройства зданий и климатических условий.

Таблица 1

Нормы водопотребления

Меньшие значения относятся к районам с холодным климатом, а большие – к районам с теплым климатом.

В течение года и в течение суток вода для хозяйственно-питьевых целей расходуется неравномерно (летом расходуется больше, чем зимой; в дневные часы – больше, чем в ночные).

Коэффициент суточной неравномерности водопотребления Kсут следует принимать равным

Kсут max = 1,1 – 1,3

Kсут min = 0,7 – 0,9

Большие значения Kсут max принимают для городов с большим населением, меньшие – для городов с малым населением. Для Kсут min – наоборот.

Qсут max = 1,3*45000 = 58500 м3/сут;

Qсут min = 0,7*45000 = 31500 м3/сут.

Расчетные часовые расходы воды, м3/ч,

qч max = Kч max * Qсут max/24

qч min = Kч min * Qсут min/24

Коэффициент часовой неравномерности водопотребления определяют из выражений

Kч max = amax * bmax

Kч min = amin * bmin

Где a - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий: amax = 1,2-1,4; amin = 0,4-0,6 (меньшие значения для amax и большие для amin принимают для более высокой степени благоустройства зданий); b - коэффициент, учитывающий число жителей в

6. Какие трубы применяются для водоснабжения, их достоинства и недостатки. Соединения труб, фасонные части систем с.х. водоснабжения. В настоящее время наиболее часто применяются трубы следующих видов:
1) стальные ВГП трубы (так называемые "черные");
2) полипропиленовые;
3) металлопластиковые;
4) медные;
5) из "нержавейки".

"Черные" трубы сейчас активно вытесняются современными материалами. Эти трубы имеют очевидный "плюс" - дешевизну, но низкий срок службы, запрет на использование их в скрытой подводке, необходимость применения пожароопасного сварочного оборудования в процессе монтажа, трудоемкость монтажа и т.д. являются серьезным «минусом» в применении данного материала. Ввиду этого основная сфера применения этих труб - объекты, строящиеся с целью максимальной минимизации затрат. При заказе системы отопления "для себя" применение этих труб, как правило, не является оптимальным.

Полипропиленовые трубы различных видов достаточно долговечны, удобны в монтаже, имеют аккуратный внешний вид. Их цена выше, чем у "черных" труб, но несколько ниже, чем у металлопластиковых труб. Для применения в системах отопления большинство типов этих труб подходят неидеально. Недостатком является их высокое линейное расширение при нагревании (удлинение трубы), которое может сказаться на многом, а также большая толщина стенки трубы, что приводит к увеличению наружного диаметра и, тем самым, ухудшает возможности по маскировке труб. Кроме того, при соединении этих труб методом сварки при низкой квалификации или недобросовестности монтажников возможно нарушение технологических рекомендаций, что, в свою очередь, приводит к нарушению герметичности стыка, качество которого оценить сразу «на глаз» не всегда возможно. Последствия этого могут дать о себе знать даже через несколько лет, когда срок гарантии уже истечет.

Металлопластиковые трубы фактически представляют собой дальнейшее развитие полипропиленовых труб с улучшением некоторых их характеристик. В частности линейное расширение металлопластиковых труб в большинстве случаев заметно меньше, чем у полипропиленовых труб. Кроме того, при соединении металлопластиковых труб при помощи пресс-фитингов нарушить технологию непросто, так как обжим выполняется автоматической машинкой. Естественно, что использовать необходимо лишь трубы известных производителей в комплекте с оригинальными фитингами. Срок службы металлопластиковых труб многими фирмами-производителями устанавливается на срок 50 лет. Разница в стоимости систем отопления на полипропиленовых и металлопластиковых трубах невелика.

Медные трубы в настоящее время по совокупности свойств, пожалуй, являются наиболее привлекательными для использования в системах отопления. Вопреки распространенному мнению о дороговизне системы отопления на медных трубах, данная система обходится примерно в одинаковую стоимость с системой отопления на металлопластиковых трубах. Это связано с тем, что стоимость метра медной трубы малого диаметра выше, чем металлопластиковой, но уже на средних диаметрах стоимость металлопластиковой и медной труб сравнивается, а при больших диаметрах медная труба оказывается даже дешевле металлопластиковой. Кроме того, стоимость фитингов (соединений, тройников, переходов и пр.) для пайки медных труб ниже аналогичных для металлопластиковых труб в среднем в 10 раз. Более того, значительно бОльший ассортимент фитингов для медных труб уменьшает общее количество необходимых фитингов. Для долговечной работы системы отопления лучше использовать трубы и фитинги известных фирм (например, немецкие SANCO), которые хорошо откалиброваны, состоят практически из чистой меди с минимумом примесей, ухудшающих характеристики трубы, а также покрыты внутри защитным слоем. Производители медных труб заявляют о 80-ти летнем сроке службы их труб. В некоторых городах Европы до сих пор успешно действуют системы отопления на медных трубах, смонтированных на рубеже 19 и 20 веков. Еще одним плюсом медных труб является то, что благодаря тонкой стенке, труба имеет меньший наружный диаметр, по сравнению с трубами из других материалов. Из-за применения пайки при соединении труб надежность этих соединений очень высокая. Нарушения герметичности проявляются при таких соединениях, как правило, сразу, а не по окончании гарантийного срока. При качественных трубах и профессиональном монтаже разрушающее воздействие электрохимических и окислительных процессов сводится практически к нулю. Выпуск гибких отожженных труб (в бухтах по 50м), а также жестких неотожженных труб (штанги по 5м), дает возможность компоновки и эстетического оформления монтируемой системы отопления.

Трубы из "нержавейки" являются самыми долговечными (срок службы свыше 100 лет) и прочными из всех современных труб. Они практически лишены серьезных недостатков. Современные технологии предусматривают соединение труб из "нержавейки" без использования сварки, что исключает нарушения структуры металла, приводящих к сокращению срока службы труб, а также улучшает пожаробезопасность работ. Единственным ограничением, из-за которого эти трубы не нашли широкого применения, является их цена. Она в несколько раз превышает стоимость аналогичных медных или металлопластиковых труб. Так, полная стоимость системы отопления дома общей площадью 300 кв.м при использовании труб из нержавейки может вырасти на 2000-2500$ по сравнению с медными трубами.

Соединения труб . Короткие трубы в единые разветвленные внутренние водопроводные сети соединяют сваркой, муфтами, резьбой, фланцами и раструбами.

Соединяют стальные трубы на резьбе, фланцами или сваркой. Для резьбовых соединений труб применяют соединительные части из ковкого чугуна по ГОСТ 8943-75 или стали - по ГОСТ 8965-75*. Чугунные соединительные части предназначаются для соединения водо-газопроводных труб (нарезанных цилиндрической резьбой, с применением уплотнителя при температуре проводимой среды не выше 175 °С) при давлении не более 1,6 МПа для труб диаметром условного прохода не более 40 мм и при давлении не более 1 МПа - для труб диаметром условного прохода свыше 50, мм.

Фасонные части из ковкого чугуна и стали изготавливают с трубной цилиндрической резьбой по ГОСТ 6357-81

Стальные соединительные части предназначаются для соединения водогазопроводных труб, изготавливаемых по ГОСТ 3262-75*. Размеры и масса стальных соединительных частей с цилиндрической резьбой приведены в табл. 2.28.

Зазор между нитками цилиндрической резьбы уплотняют льняной прядью, пропитанной свинцовым суриком или белилами, фторопластовой уплотнительной лентой (ФУМ ).

Для устройства поворотов из стальных труб d 40 мм применяют крутоизогнутые отводы с углом поворота 45, 60 и 90°, изготовленные из бесшовных стальных труб методом горячей штамповки или вытяжки. При прокладке водопроводных сетей применяются также стальные бесшовные приварные тройники и переходы

Чугунные трубы соединяют уплотнительным раструбом битумизи-рованной прядью с зачеканкой асбестоцементом или с применением резиновых уплотнительных колец. Для соединения чугунных напорных труб применяют фасонные части в виде тройников, крестов, колен, отводов, переходов, муфт и седелок, изготавливаемых по ГОСТ 5525- 61*. Фасонные части выполняют с раструбами и фланцами, что упрощает соединение их с трубами.

Соединяют асбестоцементные трубы муфтами с герметизацией резиновыми кольцами.

Асбестоцементные муфты типа САМ изготовляются по ГОСТ 539-80 четырех марок: САМ6 - для соединения труб ВТ6 на рабочее давление 0,6 МПа; САМ9 - для труб марки ВТ9 на рабочее давление, 0,9 МПа; САМ12 - для труб марки ВТ12 на рабочее давление 1,2 МПа иСАМ15 - для труб ВТ15 на рабочее давление 1,5 МПа. Размеры и масса асбестоцементных муфт типа САМ приведены в табл. 2.35.

Для асбестоцементных трубопроводов применяется также соединение труб при помощи фланцев и чугунных муфт. Детали соединительной муфты: чугунные фланцы и втулка имеют размеры в соответствии с ГОСТ 17584-72*. В качестве уплотняющих элементов в чугунных муфтах при соединении асбестоцементных труб применяются кольца трапециевидного типа ТЧМ или кольца круглого сечения типа К.ЧМ, изготавливаемые по ГОСТ 5228-76*.

Наиболее распространенным способом соединения труб из полиэтилена низкого и высокого давления является их сварка, осуществляемая нагревом до расплавления и соединением торцов труб - контактная сварка встык, а также с применением фасонных частей (муфт) или раструбной сваркой с формированием на одном из концов труб раструба. Широко применяется также склеивание труб. При стыковке полиэтиленовых труб с металлическими фасонными частями и арматурой применяются фланцевые соединения. Полиэтиленовые трубы могут соединяться между собой также накидными гайками.

Опубликовано: 05.12.2010 | |

На протяжении всего 2004 г. в нашу организацию поступали заявки на разработку технических предложений по котельным для теплоснабжения жилых и общественных зданий, в которых нагрузки на горячее водоснабжение сильно отличались (в меньшую сторону) от тех, которые запрашивались ранее для идентичных потребителей. Это послужило поводом для анализа методик определения нагрузок на горячее водоснабжение (ГВС), которые приведены в действующих СНиПах, и возможных ошибок, возникающих при их применении на практике.
Е.О. СИБИРКО

В настоящее время порядок определения тепловых нагрузок на ГВС регламентируется нормативным документом СНиП 2.04.01–85* «Внутренний водопровод и канализация зданий».

Методика определения расчетных расходов горячей воды (максимального секундного, максимального часового и среднего часового) и тепловых потоков (тепловой мощности) в течение часа при среднем и при максимальном водопотреблении в соответствии с разделом 3 СНиП 2.04.01–85* основывается на расчете соответствующих расходов через водоразборные приборы(или группы однотипных приборов с последующим усреднением) и определении вероятности их одновременного использования.

Все служебные таблицы с данными по различным удельным нормам расхода и т.п., приведенные в СНиПе, применяются только для расчета расхода через отдельные приборы и вероятности их действия. Они не применимы для определения расходов исходя из количества потребителей, путем умножения количества потребителей на удельный расход! Именно в этом заключается основная ошибка, допускаемая многими расчетчиками при определении тепловой нагрузки на ГВС.

Изложение методики расчета в 3мразделе СНиП 2.04.01–85* не отличается простотой. Введение многочисленных надстрочных и подстрочных латинских индексов (образованных от соответствующих терминов в английском языке) еще больше затрудняет понимание смысла расчета. Не совсем понятно, зачем это сделано в российском СНиПе, - ведь далеко не все владеют английским и с легкостью ассоциируют индекс «h » (от английского hot - горячий), индекс «c » (от английского cold - холодный) и «tot »(от английского total - итог) с соответствующими русскими понятиями.

Для иллюстрации стандартной ошибки, встречающейся в расчетах потребности тепла и топлива, приведу простой пример. Необходимо определить нагрузку ГВС для 45квартирного жилого дома при числе жителей 114 человек. Температура воды в подающем трубопроводе ГВС - 55°С, температура холодной воды в зимний период -5°С. Для наглядности предположим, что в каждой квартире установлено по две однотипных водоразборных точки (мойка на кухне и умывальник в ванной).

Вариант I расчета - неправильный(мы неоднократно сталкивались с таким способом расчета):

По таблице «Нормы расхода воды потребителями» обязательного Приложения 3 СНиП 2.04.01–85* определяем для«Жилых домов квартирного типа: с ваннами длиной от 1500 до 1700 мм, оборудованных душами» расход горячей воды на одного жителя в час наибольшего водопотребления равен q hhr, u = 10 л/ч.Далее все, казалось бы, совсем просто. Общий расход горячей воды на дом в час наибольшего водопотребления исходя из количества жителей 114 человек: 10 . 114 = 1140 л/ч.

Тогда, расход тепла в час наибольшего водопотребления будет равен:

где U - число жителей в доме; г -плотность воды, 1 кг/л; с - теплоемкость воды, 1 ккал/(кг °С); t h - температура горячей воды, 55°С; t с - температура холодной воды, 5°С.

Котельная, реально построенная на основании данного расчета, явно не справлялась с нагрузкой ГВС в моменты пиковых разборов горячей воды, о чем свидетельствуют многочисленные жалобы жителей этого дома. Где же здесь ошибка? Она заключается в том, что если внимательно прочитать раздел 3 СНиП 2.04.01–85*, то выясняется, что показатель q hhr, u, приведенный в Приложении 3, используется в методике расчета только для определения вероятности действия санитарно-технических приборов, а максимальный часовой расход горячей воды определяется совсем иначе.

Вариант расчета II - в строгом соответствии с методикой СНиПа:

1. Определяем вероятность действия прибора.

где q hhr,u = 10 л - согласно Приложению 3 для данного вида водопотребителей; U = 114 человек - число жителей в доме; q h0 = 0,2 л/с - в соответствии с п. 3.2 для жилых и общественных зданий, допускается принимать это значение при отсутствии технических характеристик приборов; N - число санитарно-технических приборов с горячей водой, исходя из принятых нами двух точек водоразбора в каждой квартире:

N = 45 . 2 = 90 приборов.

Таким образом, получаем:

Р = (10 x 114)/(0,2 x 90 x 3600) = 0,017.

2. Теперь определим вероятность использования санитарно-технических приборов (возможность подачи прибором нормированного часового расхода воды) в течение расчетного часа:

,
где P - вероятность действия прибора, определенная в предыдущем пункте, - P = 0,017; q h0 = 0,2 л/с - секундный расход воды, отнесенный к одному прибору (также уже использовался в предыдущем пункте); q h0,hr - часовой расход воды прибором, в соответствии с п. 3.6 при отсутствии технических характеристик конкретных приборов допускается принимать q h0,hr = 200 л/ч, тогда:

3. Так как P h меньше 0,1, применяем далее табл. 2 Приложения 4, по которой определяем:

при .

4. Теперь мы можем определить максимальный часовой расход горячей воды:

5. И, наконец, определяем максимальную тепловую нагрузку ГВС (тепловой поток за период максимального водопотребления в течение часа максимального потребления):

где Q ht - тепловые потери.

Учтем тепловые потери, приняв их за5% от расчетной нагрузки.

Мы получили результат более чем в два раза превышающий результат первого расчета! Как показывает практический опыт, этот результат намного ближе к реальным потребностям в горячей воде для 45квартирного жилого дома.

Можно привести для сравнения результат расчета по старой методике, которая приводится в большинстве справочной литературы.

Вариант III. Расчет по старой методике. Максимально часовой расход тепла на нужды горячего водоснабжения для жилых зданий, гостиниц и больниц общего типа по числу потребителей (в соответствии со СНиП IIГ.8–62) определялся следующим образом:

где k ч - коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды, принимаемый, например, по табл. 1.14справочника «Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей» (см. табл. 1);n 1 - расчетное число потребителей; б - норма расхода горячей воды на1 потребителя, принимается по соответствующим таблицам СНиПа IIГ.8–62и для жилых зданий квартирного типа, оборудованных ванными длиной от 1500до 1700 мм, составляет 110–130 л/сутки;65 - температура горячей воды, °С; t х - температура холодной воды, °С, принимаем t х = 5°С.

Таким образом, максимально часовой расход тепла на ГВС будет равен:

Легко заметить, что данный результат почти совпадает с результатом, полученным по действующей методике.

Применение нормы расхода горячей воды на одного жителя в час наибольшего водопотребления (например, для«Жилых домов квартирного типа с ваннами длиной от 1500 до 1700 мм» q hhr == 10 л/ч), приведенного в обязательном Приложении 3 СНиП 2.04.01–85* «Внутренний водопровод и канализация зданий», неправомерно для определения расхода тепла на нужды ГВС путем умножения его на количество жителей и разность температур (энтальпий) горячей и холодной воды. Данный вывод подтверждается как приведенным примером расчета, так и прямым указанием на это в учебной литературе. Например, в учебнике для ВУЗов «Теплоснабжение» под ред. А.А. Ионина (М.: Стройиздат, 1982)на стр. 14 читаем: «…Максимальный часовой расход воды G ч. max нельзя смешивать с приводимым в нормах расходом воды в час наибольшего водопотребления G и.ч. Последний как некоторый предел применяется для определения вероятности действия водоразборных приборов и становится равным G ч. max только при бесконечно большом числе водоразборных приборов». Расчет по старой методике дает гораздо более точный результат при условии применения суточных норм расхода горячей воды по нижней границе диапазонов, приведенных в соответствующих таблицах старого СНиПа, чем «упрощенный» расчет, который выполняют многие расчетчики с использованием действующего СНиП.
Данные из таблицы Приложения 3СНиП 2.04.01–85* необходимо применять именно для расчета вероятности действия водоразборных приборов, как того требует методика, изложенная в разделе 3 данного СНиПа, а затем определять бhr и вычислять расход тепла на нужды ГВС. В соответствии с примечанием в пункте 3.8 СНиП 2.04.01–85*,для вспомогательных зданий промышленных предприятий значение q hr допускается определять как сумму расходов воды на пользование душем и хозяйственно-питьевые нужды, принимаемых по обязательному Приложению 3 по числу водопотребителей в наиболее многочисленной смене.

Режим работы завода в курсовом проекте можно принять односменным.

Число рабочих и ИТР, работающих на прямом производстве и производящих товарную продукцию, приведено в задании. Число административных работников и служащих в заводоуправлении составляет примерно 10% от числа работающих в цехах. При расчете расходов теплоты на горячее водоснабжение и технологические нужды отдельных цехов общее число рабочих и ИТР в курсовом проекте следует распределить по пяти цехам пропорционально их площади, принимаемой по генплану завода.

Число работающих (ИТР, операторы котлов, лаборанты, слесари-ремонт-ники, обходчики тепловых сетей, электрики) в газовой котельной мощностью 30…50 Гкал/ч в среднем равно 30…40 человек.

Количество людей, пользующихся заводской столовой, ориентировочно можно оценить величиной 50…80% от общей численности работающих. Нормы расхода горячей воды на предприятиях общественного питания приведены в литрах на одно условное блюдо (12,7 л/усл.бл.), которое эквивалентно одному посетителю столовой.

Определение расходов теплоты на горячее водоснабжение Qгв является более сложным по сравнению с отоплением и вентиляцией. Особенно сложно вычислять расходы теплоты Qгв, если в одном здании имеется несколько подсистем, имеющих различные нормы потребления горячей воды. Например, в крупном производственном цехе, кроме умывальников для рабочих, могут быть столовая, душевые и бассейн при сауне, т.е. 4 разных потребителя в одном здании.

Для решения различных задач, встречающихся при проектировании и эксплуатации систем теплоснабжения, необходимо знать два часовых расхода теплоты на горячее водоснабжение (ГВ): средний часовой Qср и максимальный часовой Qмакс. Первый из них (Qср) требуется для определения мощности котельной, а также для расчета месячных и годовых расходов тепловой энергии на ГВ, по которым производятся платежи за тепловую энергию. Максимальный часовой расход (Qмакс) требуется для расчета подогревателей ГВ в зданиях и подбора диаметров трубопроводов тепловой сети, поэтому он нужен, в основном, на стадии проектирования системы или объекта теплоснабжения.

Расходы теплоты на горячее водоснабжение (средний часовой Qср, максимальный часовой Qмакс, суточный Qсут,) определяются по формулам

Qср = c Gср (tг - tх) (1 + Kт.п) 10-3,

Qмакс = c Gср (tг - tх) (kч + Kт.п) 10-3,

Qсут = Qср Т,

где Gср - средний часовой расход воды на горячее водоснабжение, л/ч;

tг - средняя температура разбираемой потребителями горячей воды, tг=55С;

tх - средняя температура холодной воды в отопительном периоде; если источником водоснабжения города или поселка является открытый водоем (река, озеро), то tх= 5C; при заборе воды из скважин tх следует принимать по данным водоснабжающей организации;

Плотность горячей воды; при температуре 55C, = 0,986 кг/л;

Kт.п = Qт.п/Qпотр

Коэффициент, учитывающий долю потерь теплоты Qт.п трубопроводами горячей воды от среднечасовой величины теплопотребления Qпотр=Qср - Qт.п; значения которого находятся в пределах Kт.п=0,1…0,35 и приведены в ; при определении Kт. п считают, что примерно 5% от Qпотр теряется в наружных сетях ГВ от ЦТП (или котельной) до зданий, 10% - во внутридомовой сети ГВ при наличии тепловой изоляции стояков ГВ и 20% при отсутствии изоляции стояков, 10% - в полотенцесушителях, если они присоединены к СГВ;

Т - период работы системы горячего водоснабжения в течение суток, для упрощения расчетных формул обычно принимают Т = 24 час/сут;

kч = Gмакс/Gср - коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды, показывающий во сколько раз максимальный часовой расход воды Gмакс больше среднего расхода Gср; kч зависит от вида здания и числа потребителей m в здании.

Средний часовой расход воды на горячее водоснабжение, л/ч, определяется по формуле

Gср = m Gсут /24,

где m - фактическое число потребителей горячей воды в здании;

Gсут - суточная норма расхода горячей воды в литрах на одного потребителя (потр) при средней температуре разбираемой воды tг= 55C, л/(сутпотр); принимается по приложению В или по СНиП 2.04.01-85 ;

Значения коэффициентов часовой неравномерности kч для жилых зданий в зависимости от количества потребителей m приведены в таблице 1 .

Таблица 1

Путем преобразования и аппроксимации зависимостей, приведенных в СНиП 2.04.01-85 и другой специальной литературе, нами получена достаточно точная для практических расчетов формула (3.8), позволяющая определять коэффициенты часовой неравномерности потребления горячей воды kч в зданиях любого назначения в зависимости от количества потребителей m в них и от норм расхода горячей воды

kч=(120Gч/Gсут),

где Gч - норма расхода горячей воды на одного потребителя в час наибольшего водопотребления, л/(чпотр);

Gсут - суточная норма расхода горячей воды, л/(сутпотр);

Gо - часовой расход воды водоразборным прибором, л/час.

Значения Gсут, Gч и Gо для различных зданий приведены в СНиП 2.04.01-85 . Например, для жилых зданий Gсут=105 л/(сутчел), Gч=10 л/(ччел), Gо=200 л/ч и тогда конкретная инженерная формула (3.8а) для определения коэффициента часовой неравномерности потребления горячей воды kч в жилых зданиях примет вид

kч = 2,29 + 30,7/m + 41,1/m.

Для детских садов Gсут=25 л/(сутребенка), Gч=8 л/(ччел), Gо=60 л/ч и тогда

kч = 7,68 + 63,1/m + 51,8/m.

Для школ Gсут = 3 л/(сутчел), Gч = 1 л/(ччел), Gо = 60 л/ч и тогда

kч = 8 + 186/m + 432/m.

Для поликлиник Gсут= 5,2 л(сутчел), Gч= 1,2 л/(ччел), Gо= 60 л/ч и тогда

kч = 5,54 + 118/m + 249/m.

В микрорайоне №1 системы горячего водоснабжения есть во всех 9-и зданиях. На заводе горячая вода используется в 9-и зданиях (заводоуправление, столовая, пять бытовок, котельная, гараж), в которых имеется 16 подсистем горячего водоснабжения с разными нормами Gсут.

При расчете расходов теплоты на ГВ в бытовках, в котельной и в гараже следует учитывать по 2 вида потребления горячей воды. В цехах и в котельной потребители используют воду на бытовые нужды (11 литров в смену на одного работающего) и на прием душа частью рабочих после смены (60 л/чел). В гараже предприятия стоят легковые машины (Gсут=175 литров на машину) и грузовые (Gсут = 250 литров на машину).

Расчетная продолжительность работы душевых составляет 45 минут после каждой смены. Расход воды на одну душевую сетку за 45 минут по нормам равен 270 л . Отсюда следует, что за этот период одной сеткой могут воспользоваться 4,5 потребителя (60 4,5 = 270 л). В обычных производствах группы 1б на каждые 15 человек по нормам должна быть одна душевая сетка, следовательно, душем после смены в таких цехах в среднем пользуются 4,5100/15 = 30% от общего числа работающих в цехе.