Температурный график отопления 95 70 снип. Температурный график системы отопления: знакомимся с режимом работы ЦО
Экономичный расход энергоресурсов в отопительной системе, может быть достигнут, если выполнять некоторые требования. Одним из вариантов, является наличие температурной диаграммы, где отражается отношение температуры, исходящей от источника отопления к внешней среде. Значение величин дают возможность оптимально распределять тепло и горячую воду потребителю.
Высотные дома подключены в основном к центральному отоплению. Источники, которые передают тепловую энергию, являются котельные или ТЭЦ. В качестве теплоносителя используется вода. Её нагревают до заданной температуры.
Пройдя полный цикл по системе, теплоноситель, уже охлаждённый, возвращается к источнику и наступает повторный нагрев. Соединяются источники с потребителем тепловыми сетями. Так как окружающая среда меняет температурный режим, следует регулировать тепловую энергию, чтобы потребитель получал необходимый объём.
Регулирование тепла от центральной системы можно производить двумя вариантами:
- Количественный. В этом виде изменяется расход воды, но температуру она имеет постоянную.
- Качественный. Меняется температура жидкости, а расход её не изменяется.
В наших системах применяется второй вариант регулирования, то есть качественный. Здесь есть прямая зависимость двух температур: теплоносителя и окружающей среды. И расчёт ведётся таким образом, чтобы обеспечить тепло в помещении 18 градусов и выше.
Отсюда, можно сказать, что температурный график источника представляет собой ломанную кривую. Изменение её направлений зависит от разниц температур (теплоносителя и наружного воздуха).
График зависимости может быть различный.
Конкретная диаграмма имеет зависимость от:
- Технико-экономических показателей.
- Оборудования ТЭЦ или котельной.
- Климата.
Высокие показатели теплоносителя обеспечивают потребителя большой тепловой энергией.
Ниже показан пример схемы, где Т1 – температура теплоносителя, Тнв – наружного воздуха:
Применяется также, диаграмма возвращённого теплоносителя. Котельная или ТЭЦ по такой схеме может оценить КПД источника. Он считается высоким, когда возвращённая жидкость поступает охлаждённая.
Стабильность схемы зависит от проектных значений расхода жидкости высотными домами. Если увеличивается расход через отопительный контур, вода будет возвращаться не охлаждённой, так как возрастёт скорость поступления. И наоборот, при минимальном расходе, обратная вода будет достаточно охлаждена.
Заинтересованность поставщика, конечно, в поступлении обратной воды в охлаждённом состоянии. Но для уменьшения расхода существуют определённые пределы, так как уменьшение ведёт к потерям количества тепла. У потребителя начнётся опускаться внутренний градус в квартире, который приведёт к нарушению строительных норм и дискомфорту обывателей.
От чего зависит?
Температурная кривая зависит от двух величин: наружного воздуха и теплоносителя. Морозная погода ведёт за собой увеличение градуса теплоносителя. При проектировании центрального источника учитывается размер оборудования, здания и сечение труб.
Величина температуры, выходящей из котельной, составляет 90 градусов, для того, чтобы при минусе 23°C, в квартирах было тепло и имело величину в 22°C. Тогда обратная вода возвращается на 70 градусов. Такие нормы соответствуют нормальному и комфортному проживанию в доме.
Анализ и наладка режимов работы производится при помощи температурной схемы. Например, возвращение жидкости с завышенной температурой, будет говорить о высоких расходах теплоносителя. Дефицитом расхода будут считаться заниженные данные.
Раньше, на 10 ти этажные постройки, вводилась схема с расчётными данными 95-70°C. Здания выше имели свою диаграмму 105-70°C. Современные новостройки могут иметь другую схему, на усмотрение проектировщика. Чаще, встречаются диаграммы 90-70°C, а могут быть и 80-60°C.
График температуры 95-70:
Температурный график 95-70
Как рассчитывается?
Выбирается метод регулирования, затем делается расчёт. Во внимание берётся расчётно-зимний и обратный порядок поступления воды, величина наружного воздуха, порядок в точке излома диаграммы. Существуют две диаграммы, когда в одной из них рассматривается только отопление, во второй отопление с потреблением горячей воды.
Для примера расчёта, воспользуемся методической разработкой «Роскоммунэнерго».
Исходными данными на теплогенерирующую станцию будут:
- Тнв – величина наружного воздуха.
- Твн – воздух в помещении.
- Т1 – теплоноситель от источника.
- Т2 – обратное поступление воды.
- Т3 – вход в здание.
Мы рассмотрим несколько вариантов подачи тепла с величиной 150, 130 и 115 градусов.
При этом, на выходе они будут иметь 70°C.
Полученные результаты сносятся в единую таблицу, для последующего построения кривой:
Итак, мы получили три различные схемы, которые можно взять за основу. Диаграмму правильней будет рассчитывать индивидуально на каждую систему. Здесь мы рассмотрели рекомендованные значения, без учёта климатических особенностей региона и характеристик здания.
Чтобы уменьшить расход электроэнергии, достаточно выбрать низкотемпературный порядок в 70 градусов и будет обеспечиваться равномерное распределение тепла по отопительному контуру. Котёл следует брать с запасом мощности, чтобы нагрузка системы не влияла на качественную работу агрегата.
Регулировка
Регулятор отопления
Автоматический контроль обеспечивается регулятором отопления.
В него входят следующие детали:
- Вычислительная и согласующая панель.
- Исполнительное устройство на отрезке подачи воды.
- Исполнительное устройство , выполняющее функцию подмеса жидкости из возвращённой жидкости (обратки).
- Повышающий насос и датчик на линии подачи воды.
- Три датчика (на обратке, на улице, внутри здания). В помещении их может быть несколько.
Регулятором прикрывается подача жидкости, тем самым, увеличивается значение между обраткой и подачей до величины, предусмотренной датчиками.
Для увеличения подачи присутствует повышающий насос, и соответствующая команда от регулятора. Входящий поток регулируется «холодным перепуском». То есть происходит понижение температуры. На подачу отправляется некоторая часть жидкости, поциркулировавшая по контуру.
Датчиками снимается информация и передаётся на управляющие блоки, в результате чего, происходит перераспределение потоков, которые обеспечивают жёсткую температурную схему системы отопления.
Иногда, применяют вычислительное устройство, где совмещены регуляторы ГВС и отопления.
Регулятор на горячую воду имеет более простую схему управления. Датчик на горячем водоснабжении производит регулировку прохождения воды со стабильной величиной 50°C.
Плюсы регулятора:
- Жёстко выдерживается температурная схема.
- Исключение перегрева жидкости.
- Экономичность топлива и энергии.
- Потребитель, независимо от расстояния, равноценно получает тепло.
Таблица с температурным графиком
Режим работы котлов зависит от погоды окружающей среды.
Если брать различные объекты, например, заводское помещение, многоэтажный и частный дом, все будут иметь индивидуальную тепловую диаграмму.
В таблице мы покажем температурную схему зависимости жилых домов от наружного воздуха:
| Температура наружного воздуха | Температура сетевой воды в подающем трубопроводе | Температура сетевой воды в обратном трубопроводе |
| +10 | 70 | 55 |
| +9 | 70 | 54 |
| +8 | 70 | 53 |
| +7 | 70 | 52 |
| +6 | 70 | 51 |
| +5 | 70 | 50 |
| +4 | 70 | 49 |
| +3 | 70 | 48 |
| +2 | 70 | 47 |
| +1 | 70 | 46 |
| 0 | 70 | 45 |
| -1 | 72 | 46 |
| -2 | 74 | 47 |
| -3 | 76 | 48 |
| -4 | 79 | 49 |
| -5 | 81 | 50 |
| -6 | 84 | 51 |
| -7 | 86 | 52 |
| -8 | 89 | 53 |
| -9 | 91 | 54 |
| -10 | 93 | 55 |
| -11 | 96 | 56 |
| -12 | 98 | 57 |
| -13 | 100 | 58 |
| -14 | 103 | 59 |
| -15 | 105 | 60 |
| -16 | 107 | 61 |
| -17 | 110 | 62 |
| -18 | 112 | 63 |
| -19 | 114 | 64 |
| -20 | 116 | 65 |
| -21 | 119 | 66 |
| -22 | 121 | 66 |
| -23 | 123 | 67 |
| -24 | 126 | 68 |
| -25 | 128 | 69 |
| -26 | 130 | 70 |
СНиП
Существуют определённы нормы, которые должны быть соблюдены в создании проектов на тепловые сети и транспортировку горячей воды потребителю, где подача водяного пара должна осуществляться в 400°C, при давлении 6,3 Бар. Подачу тепла от источника рекомендуется выпускать потребителю с величинами 90/70 °C или 115/70 °C.
Нормативные требования следует выполнять на соблюдение утверждённой документации с обязательным согласованием с Минстроем страны.
Каким закономерностям подчиняются изменения температуры теплоносителя в системах центрального отопления? Что это такое — температурный график системы отопления 95-70? Как привести параметры отопления в соответствие с графиком? Попробуем ответить на эти вопросы.
Что это такое
Начнем с пары отвлеченных тезисов.
- С изменением погодных условий теплопотери любого здания меняются вслед за ними . В заморозки для того, чтобы сохранить в квартире постоянную температуру, требуется куда больше тепловой энергии, чем в теплую погоду.
Уточним: затраты тепла определяются не абсолютным значением температуры воздуха на улице, а дельтой между улицей и внутренними помещениями.
Так, при +25С в квартире и -20 во дворе затраты тепла будут точно такими же, как при +18 и -27 соответственно.
- Тепловой поток от отопительного прибора при постоянной температуре теплоносителя тоже будет постоянным
.
Падение температуры в помещении несколько увеличит его (опять-таки за счет увеличения дельты между теплоносителем и воздухом в комнате); однако этого увеличения будет категорически недостаточно для компенсации возросших потерь тепла через ограждающие конструкции. Просто потому, что нижний порог температуры в квартире действующие СНиП ограничивают 18-22 градусами.
Очевидное решение проблемы роста потерь — повышение температуры теплоносителя.
Очевидно, ее рост должен быть пропорционален снижению уличной температуры: чем холоднее за окном, тем большие потери тепла придется компенсировать. Что, собственно, и подводит нас к идее создания определенной таблицы согласования обоих значений.
Итак, график температурный системы отопления — это описание зависимости температур подающего и обратного трубопроводов от текущей погоды на улице.
Как все устроено
Существует два разных типа графиков:
- Для тепловых сетей.
- Для внутридомовой отопительной системы.
Чтобы разъяснить разницу между этими понятиями, вероятно, стоит начать с краткого экскурса в то, как устроено центральное отопление.
ТЭЦ — тепловые сети
Функция этой связки — нагреть теплоноситель и доставить его конечному потребителю. Протяженность теплотрасс обычно измеряется километрами, суммарная площадь поверхности — тысячами и тысячами квадратных метров. Несмотря на меры по теплоизоляции труб, потери тепла неизбежны: пройдя путь от ТЭЦ или котельной до границы дома, техническая вода успеет частично остыть.
Отсюда — вывод: для того, чтобы она дошла до потребителя, сохранив приемлемую температуру, подача теплотрассы на выходе из ТЭЦ должна быть максимально горячей. Ограничивающим фактором является точка кипения; однако при повышении давления она смещается в сторону повышения температуры:
| Давление, атмосферы | Температура кипения, градусы по шкале Цельсия |
| 1 | 100 |
| 1,5 | 110 |
| 2 | 119 |
| 2,5 | 127 |
| 3 | 132 |
| 4 | 142 |
| 5 | 151 |
| 6 | 158 |
| 7 | 164 |
| 8 | 169 |
Типичное давление в подающем трубопроводе теплотрассы — 7-8 атмосфер. Такое значение даже с учетом потерь напора при транспортировке позволяет запустить отопительную систему в домах высотой до 16 этажей без дополнительных насосов. Вместе с тем оно безопасно для трасс, стояков и подводок, шлангов смесителей и прочих элементов систем отопления и ГВС.
С некоторым запасом верхняя граница температуры подачи принята равной 150 градусам. Наиболее типичные температурные графики отопления для теплотрасс лежат в диапазоне 150/70 — 105/70 (температуры подающей и обратной трассы).
Дом
В домовой системе отопления действует ряд дополнительных ограничивающих факторов.
- Максимальная температура теплоносителя в ней не может превышать 95 С для двухтрубной и 105 С для .
Кстати: в дошкольных воспитательных учреждениях ограничение куда более жесткое — 37 С.
Цена снижения температуры подачи — увеличение количества секций радиаторов: в северных регионах страны помещения групп в детских садах буквально опоясаны ими.
- Дельта температур междуподающим и обратным трубопроводами по понятным причинам должна быть по возможности небольшой
— иначе температура батарей в здании будет сильно различаться. Это подразумевает быструю циркуляцию теплоносителя.
Однако слишком быстрая циркуляция через домовую систему отопления приведет к тому, что вода обратки будет возвращаться в трассу с непомерно высокой температурой, что в силу ряда технических ограничений в работе ТЭЦ неприемлемо.
Проблема решается монтажом в каждом доме одного или нескольких элеваторных узлов, в которых к струе воды из подающего трубопровода подмешивается обратка. Полученная смесь, собственно, и обеспечивает быструю циркуляцию большого объема теплоносителя без перегрева обратного трубопровода трассы.
Для внутридомовых сетей задается отдельный график температур с учетом схемы работы элеватора. Для двухтрубных контуров типичен температурный график отопления 95-70, для однотрубных (что, впрочем, редкость в многоквартирных домах) — 105-70.
Климатические зоны
Основной фактор, определяющий алгоритм составления графика — расчетная зимняя температура. Таблица температур теплоносителя должна быть составлена таким образом, чтобы максимальные значения (95/70 и 105/70) в пик морозов обеспечивали соответствующую СНиП температуру в жилых помещениях.
Приведем пример внутридомового графика для следующих условий:
- Отопительные приборы — радиаторы с подачей теплоносителя снизу вверх.
- Отопление — двухтрубное, со .
- Расчетная температура уличного воздуха — -15 С.
| Температура наружного воздуха,С | Подача, С | Обратка, С |
| +10 | 30 | 25 |
| +5 | 44 | 37 |
| 0 | 57 | 46 |
| -5 | 70 | 54 |
| -10 | 83 | 62 |
| -15 | 95 | 70 |
Нюанс: при определении параметров трассы и внутридомовой системы отопления берется среднесуточная температура.
Если ночью будет -15, а днем -5, в качестве наружной температуры фигурируют -10С.
А вот некоторые значения расчетных зимних температур для городов России.
| Город | Расчетная температура, С |
| Архангельск | -18 |
| Белгород | -13 |
| Волгоград | -17 |
| Верхоянск | -53 |
| Иркутск | -26 |
| Краснодар | -7 |
| Москва | -15 |
| Новосибирск | -24 |
| Ростов-на-Дону | -11 |
| Сочи | +1 |
| Тюмень | -22 |
| Хабаровск | -27 |
| Якутск | -48 |
На фото — зима в Верхоянске.
Регулировка
Если за параметры трассы отвечает руководство ТЭЦ и тепловых сетей, то ответственность за параметры внутридомовой сети возлагается на жилищников. Весьма типична ситуация, когда при жалобах жильцов на холод в квартирах замеры показывают отклонения от графика в нижнюю сторону. Чуть реже бывает так, что замеры в колодцах тепловиков показывают завышенную температуру обратки с дома.
Как своими руками привести параметры отопления в соответствие с графиком?
Рассверливание сопла
При заниженной температуре смеси и обратки очевидное решение -увеличить диаметр сопла элеватора. Как это делается?
Инструкция — к услугам читателя.
- Перекрываются все задвижки или вентиля в элеваторном узле (входные, домовые и ГВС).
- Демонтируется элеватор.
- Сопло вынимается и рассверливается на 0,5-1 мм.
- Элеватор собирается и запускается со стравливанием воздуха в обратном порядке.
Совет: вместо паронитовых прокладок на фланцы можно поставить резиновые, вырезанные по размеру фланца из автомобильной камеры.
Альтернатива — установка элеватора с регулируемым соплом.
Глушение подсоса
В критической ситуации (сильные холода и замерзающие квартиры) сопло может быть полностью снято. Чтобы подсос не стал перемычкой, он глушится блином из стального листа толщиной не менее миллиметра.
Внимание: это экстренная мера, применяющаяся в крайних случаях, поскольку в этом случае температура радиаторов в доме может достигать 120-130 градусов.
Регулировка перепада
При завышенных температурах в качестве временной меры до окончания отопительного сезона практикуется регулировка перепада на элеваторе задвижкой.
- ГВС переключается на подающий трубопровод.
- На обратку устанавливается манометр.
- Входная задвижка на обратном трубопроводе полностью закрывается и потом постепенно открывается с контролем давления по манометру. Если просто прикрыть задвижку, просадка щечек на штоке может остановить и разморозить контур. Перепад снижается за счет повышения давления на обратке по 0,2 атмосферы в сутки с ежедневным контролем температур.
Заключение
Каждая система отопления имеет определенные характеристики. К ним относят мощность, теплоотдачу и температурный режим работы. Они определяют эффективность работы, напрямую влияя на комфорт проживания в доме. Как правильно выбрать температурный график и режим отопления, его расчет?
Составление температурного графика
Температурный график работы системы отопления вычисляется по нескольким параметрам. От выбранного режима зависит не только степень нагрева помещений, но и расход теплоносителя. Это же влияет на текущие затраты по обслуживанию отопления.
Составленный график температурного режима отопления зависит от нескольких параметров. Главным из них является уровень нагрева воды в магистралях. Он же, в свою очередь, состоит из следующих характеристик:
- Температура в подающем и обратном трубопроводе. Замеры выполняются в соответствующих патрубках котла;
- Характеристики степени нагрева воздуха в помещении и на улице.
Корректный расчет температурного графика отопления начинается с вычисления разницы между температурой горячей воды в прямом и подающем патрубке. Эта величина имеет следующее обозначение:
∆T=Tвх-Tоб
Где Tвх – температура воды в подающей магистрали, Tоб – степень нагрева воды в обратной трубе.
Для увеличения теплоотдачи системы отопления необходимо повысить первое значение. Для уменьшения расхода теплоносителя ∆t должна быть минимальной. Именно это и является основной сложностью, так как температурный график котельной отопления напрямую зависит от внешних факторов – тепловых потерь в здании, воздуха на улице.
Для оптимизации мощности отопления необходимо сделать теплоизоляцию наружных стен дома. Этим уменьшатся тепловые потери и расход энергоносителя.
Расчет температурного режима
Для определения оптимального температурного режима необходимо учитывать характеристики компонентов отопления – радиаторов и батарей. В частности – удельную мощность (Вт/см²). Это напрямую скажется на тепловой отдаче нагретой воды воздуху в помещение.
Также необходимо сделать ряд предварительных расчетов. При этом учитываются характеристики дома и отопительных приборов:
- Коэффициент сопротивления теплопередачи наружных стен и оконных конструкций. Оно должно быть не менее 3, 35 м²*С/Вт. Зависит от климатических особенностей региона;
- Поверхностная мощность радиаторов.
Температурный график системы отопления имеет прямую зависимость от этих параметров. Для вычисления тепловых потерь дома необходимо знать толщину наружных стен и материал постройки. Расчет поверхностной мощности батарей выполняется по следующей формуле:
Руд=Р/Fакт
Где Р – максимальная мощность, Вт, Fакт – площадь радиатора, см².
Согласно полученным данным составляется температурный режим для отопления и график теплоотдачи в зависимости от температуры на улице.
Для своевременного изменения параметров отопления устанавливают температурный регулятор отопления. Это устройство подключается к термометрам на улице и в помещении. В зависимости от текущих показателей происходит регулировка работы котла или объема притока теплоноситель в радиаторы.
Недельный программатор является оптимальным температурным регулятором отопления. С его помощью можно максимально автоматизировать работу всей системы.
Централизованное отопление
Для централизованного теплоснабжения температурный режим системы отопления зависит от характеристик системы. В настоящее время есть несколько видов параметров теплоносителя, поступающего к потребителям:
- 150°С/70°С . Для нормализации температуры воды с помощью элеваторного узла происходит ее смешивание с охлажденным потоком. В данном случае можно составить индивидуальный температурный график отопительной котельной для конкретного дома;
- 90°С/70°С . Свойственен для небольших частных отопительных систем, рассчитанных для теплоснабжения нескольких многоквартирных домов. В этом случае можно не устанавливать смесительный узел.
В обязанность коммунальных служб входит расчет температурного отопительного графика и контроль его параметров. При этом степень нагрева воздуха в жилых помещениях должна быть на уровне +22°С. Для нежилых этот показатель немного ниже – +16°С.
Для централизованной системы составление корректного температурного графика котельной отопления требуется для обеспечения оптимальной комфортной температуры в квартирах. Основная проблема заключается в отсутствии обратной связи – невозможно регулировать параметры теплоносителя в зависимости от степени нагрева воздуха в каждой квартире. Именно поэтому составляется температурный график отопительной системы.
Копию графика отопления можно потребовать в Управляющей Компании. С его помощью можно контролировать качество поставляемых услуг.
Автономное отопление
Делать аналогичные расчеты для автономных систем теплоснабжения частного дома зачастую не нужно. Если в схеме предусмотрены комнатные и уличные температурные датчики – информация о них будет поступать в блок управления котлом.
Поэтому для уменьшения расхода энергоносителя чаще всего выбирают низкотемпературный режим работы отопления. Он характеризуется относительно небольшим нагревом воды (до +70°С) и высокой степенью ее циркуляции. Это необходимо для равномерного распределения тепла по всем отопительным приборам.
Для реализации подобного температурного режима системы отопления потребуется выполнение следующих условий:
- Минимальные тепловые потери в доме. Однако при этом не нужно забывать о нормальном воздухообмене – обустройство вентиляции обязательно;
- Высокая тепловая отдача радиаторов;
- Установка автоматических регуляторов температуры в отоплении.
Если же есть необходимость выполнить корректный расчет работы системы- рекомендуется воспользоваться специальными программными комплексами. Для самостоятельного вычисления необходимо учесть слишком много факторов. Но с их помощью можно составить примерные температурные графики режимов отопления.
Однако следует учитывать, что точный расчет температурного графика теплоснабжения делается для каждой системы индивидуально. В таблицах приведены рекомендованные значения степени нагрева теплоносителя в подающей и обратной трубе в зависимости от температуры на улице. При выполнении вычислений не учитывались характеристики здания, климатические особенности региона. Но даже несмотря на это их можно использовать в качестве основы для создания температурного графика отопительной системы.
Максимальная нагрузка системы не должна сказываться на качестве работы котла. Поэтому рекомендуется приобретать его с запасом мощности на 15-20%.
Даже у самого точного температурного графика котельной отопления в процессе работы будут наблюдаться отклонения расчетных и фактических данных. Это связано с особенностями эксплуатации системы. Какие факторы могут влиять на текущий температурный режим теплоснабжения?
- Загрязнение трубопроводов и радиаторов. Во избежание этого следует проводить периодическую очистку системы отопления;
- Неправильная работа регулирующей и запорной арматуры. Обязательно выполняется проверка работоспособности всех компонентов;
- Нарушение режима функционирования котла – резкие скачки температуры как следствие – давления.
Поддержание оптимального температурного режима системы возможно только при правильном выборе ее компонентов. Для этого следует учитывать их эксплуатационные и технические свойства.
Регулировку нагрева батареи можно выполнять с помощью термостата, с принципом работы которого можно ознакомиться в видеоматериале:
К.т.н. Петрущенков В.А., НИЛ “Промышленная теплоэнергетика”, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Петра Великого», г. Санкт-Петербург
1. Проблема снижения проектного температурного графика регулирования систем теплоснабжения в масштабах страны
На протяжении последних десятилетий практически во всех городах РФ наблюдается очень значительный разрыв между фактическим и проектным температурными графиками регулирования систем теплоснабжения. Как известно, закрытые и открытые системы централизованного теплоснабжения в городах СССР проектировались при использовании качественного регулирования с температурным графиком регулирования сезонной нагрузки 150-70 °С . Такой температурный график широко применялся, как для ТЭЦ, так и для районных котельных. Но, уже начиная с конца 70-х годов, появились существенные отклонения температур сетевой воды в фактических графиках регулирования от их проектных значений при низких температурах наружного воздуха. В расчетных условиях по температуре наружного воздуха температура воды в подающих теплопроводах снизилась со 150 °С до 85…115 °С. Произведенное понижение температурного графика владельцами тепловых источников обычно официально оформлялось, как работа по проектному графику 150-70°С со “срезкой” при пониженной температуре 110…130°С. При более низких температурах теплоносителя предполагалась работа системы теплоснабжения по диспетчерскому графику. Расчетные обоснования такого перехода автору статьи не известны.
Переход на пониженный температурный график, например, 110-70 °С с проектного графика 150-70 °С должен повлечь за собой ряд серьезных последствий, которые диктуются балансовыми энергетическими соотношениями. В связи с уменьшением расчетной разности температур сетевой воды в 2 раза при сохранении тепловой нагрузки отопления, вентиляции необходимо обеспечить увеличение расхода сетевой воды для этих потребителей также в 2 раза. Соответствующие потери давления по сетевой воде в тепловой сети и в теплообменном оборудовании теплоисточника и тепловых пунктов при квадратичном законе сопротивления вырастут в 4 раза. Необходимое увеличение мощности сетевых насосов должно произойти в 8 раз. Очевидно, что ни пропускная способность тепловых сетей, спроектированных на график 150-70 °С, ни установленные сетевые насосы не позволят обеспечить доставку теплоносителя до потребителей с удвоенным расходом в сравнении с проектным значением.
В связи с этим совершенно ясно, что для обеспечения температурного графика 110-70 °С не на бумаге, а на деле, потребуется радикальная реконструкция как теплоисточников, так и тепловой сети с тепловыми пунктами, затраты на которую непосильны для владельцев систем теплоснабжения.
Запрет на применение для тепловых сетей графиков регулирования отпуска теплоты со “срезкой” по температурам, приведенный в п.7.11 СНиП 41-02-2003 “Тепловые сети”, никак не смог повлиять на повсеместную практику ее применения. В актуализированной редакции этого документа СП 124.13330.2012 режим со “срезкой” по температуре не упоминается вообще, то есть, прямой запрет на такой способ регулирования отсутствует. Это означает, что должны выбираться такие способы регулирования сезонной нагрузки, при которых будет решена главная задача – обеспечение нормированных температур в помещениях и нормированной температуры воды на нужды ГВС.
В утвержденный Перечень национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" (Постановление Правительства РФ от 26.12.2014 № 1521) вошли редакции СНиП после актуализации. Это означает, что применение “срезки” температур сегодня является вполне законным мероприятием, как с точки зрения Перечня национальных стандартов и сводов правил, так и с точки зрения актуализированной редакции профильного СНиП “Тепловые сети”.
Федеральный Закон № 190-ФЗ от 27 июля 2010 г. “О теплоснабжении”, «Правила и нормы технической эксплуатации жилищного фонда» (утверждены Постановлением Госстроя РФ от 27.09.2003 № 170), СО 153-34.20.501-2003 “Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации” также не запрещают регулирование сезонной тепловой нагрузки со “срезкой” по температуре.
В 90-е годы вескими причинами, которыми объясняли радикальное снижение проектного температурного графика, считались изношенность тепловых сетей, арматуры, компенсаторов, а также невозможность обеспечить необходимые параметры на тепловых источниках в связи с состоянием теплообменного оборудования. Несмотря на большие объемы ремонтных работ, проводимых постоянно в тепловых сетях и на тепловых источниках в последние десятилетия, эта причина остается актуальной и сегодня для значительной части практически любой системы теплоснабжения.
Следует отметить, что в технических условиях на присоединение к тепловым сетям большинства тепловых источников до сих приводится проектный температурный график 150-70 °С, или близкий к нему. При согласовании проектов центральных и индивидуальных тепловых пунктов непременным требованием владельца тепловой сети является ограничение расхода сетевой воды из подающего теплопровода тепловой сети в течение всего отопительного периода в строгом соответствии с проектным, а не реальным температурным графиком регулирования.
В настоящее время в стране в массовом порядке происходит разработка схем теплоснабжения городов и поселений, в которых также проектные графики регулирования 150-70 °С, 130-70 °С считаются не только актуальными, но и действительными на 15 лет вперед. При этом отсутствуют пояснения, как обеспечить такие графики на практике, не приводится хоть сколь-нибудь понятное обоснование возможности обеспечения присоединенной тепловой нагрузки при низких температурах наружного воздуха в условиях реального регулирования сезонной тепловой нагрузки.
Такой разрыв между декларируемыми и фактическими температурами теплоносителя тепловой сети является ненормальным и никак не связан с теорией работы систем теплоснабжения, приведенной, например, в .
В этих условиях чрезвычайно важным является анализ реального положения с гидравлическим режимом работы тепловых сетей и с микроклиматом отапливаемых помещений при расчетной температуре наружного воздуха. Фактическое положение таково, что, несмотря на значительное понижение температурного графика, при обеспечении проектного расхода сетевой воды в системах теплоснабжения городов, как правило, нет значительного понижения расчетных температур в помещениях, которые бы приводили к резонансным обвинениям владельцев тепловых источников в невыполнении своей главной задачи: обеспечении нормативных температур в помещениях. В связи с этим встают следующие естественные вопросы:
1. Чем объясняется такая совокупность фактов?
2. Можно ли не только объяснить существующее положение дел, но и обосновать, исходя из обеспечения требований современной нормативной документации, либо “срезку” температурного графика при 115°С, либо новый температурный график 115-70 (60) °С при качественном регулировании сезонной нагрузки?
Эта проблема, естественно, постоянно привлекает к себе всеобщее внимание. Поэтому появляются публикации в периодической печати, в которых даются ответы на поставленные вопросы и приводятся рекомендации по ликвидации разрыва между проектными и фактическими параметрами системы регулирования тепловой нагрузки. В отдельных городах уже проведены мероприятия по снижению температурного графика и делается попытка обобщить результаты такого перехода.
С нашей точки зрения, наиболее выпукло и ясно эта проблема обсуждается в статье Гершковича В.Ф. .
В ней отмечаются несколько чрезвычайно важных положений, являющихся, в том числе обобщением практических действий по нормализации работы систем теплоснабжения в условиях низкотемпературной “срезки”. Отмечается, что практические попытки увеличения расхода в сети с целью приведения его в соответствие с пониженным температурным графиком не привели к успеху. Скорее, они способствовали гидравлической разрегулировке тепловой сети, в результате которой расходы сетевой воды между потребителями перераспределялись непропорционально их тепловым нагрузкам.
В то же время при сохранении проектного расхода в сети и снижении температуры воды в подающей линии даже при низких температурах наружного воздуха в ряде случаев удалось обеспечить на приемлемом уровне температуру воздуха в помещениях. Этот факт автор объясняет тем, что в нагрузке отопления очень значительная часть мощности приходится на нагрев свежего воздуха, обеспечивающего нормативный воздухообмен помещений. Реальный воздухообмен в холодные дни далек от нормативного значения, так как он не может быть обеспечен только открыванием форточек и створок оконных блоков или стеклопакетов. В статье особо подчеркивается, что российские нормы воздухообмена в несколько раз превышают нормы Германии, Финляндии, Швеции, США. Отмечается, что в Киеве снижение температурного графика за счет “срезки” со 150 °С до 115 °С было реализовано и не имело отрицательных последствий. Аналогичная работа выполнена в тепловых сетях Казани и Минска.
В настоящей статье рассмотрено современное состояние российских требований нормативной документации по воздухообмену помещений. На примере модельных задач с осредненными параметрами системы теплоснабжения определено влияние разных факторов на ее поведение при температуре воды в подающей линии 115 °С в расчетных условиях по температуре наружного воздуха, в том числе:
Снижение температуры воздуха в помещениях при сохранении проектного расхода воды в сети;
Повышение расхода воды в сети с целью сохранения температуры воздуха в помещениях;
Снижение мощности системы отопления за счет уменьшения воздухообмена для проектного расхода воды в сети при обеспечении расчетной температуры воздуха в помещениях;
Оценка мощности системы отопления за счет уменьшения воздухообмена для фактически достижимого повышенного расхода воды в сети при обеспечении расчетной температуры воздуха в помещениях.
2. Исходные данные для анализа
В качестве исходных данных принято, что имеется источник теплоснабжения с доминирующей нагрузкой отопления и вентиляции, двухтрубная тепловая сеть, ЦТП и ИТП, приборы отопления, калориферы, водоразборные краны. Вид системы теплоснабжения не имеет принципиального значения. Предполагается, что проектные параметры всех звеньев системы теплоснабжения обеспечивают нормальную работу системы теплоснабжения, то есть, в помещениях всех потребителей устанавливается расчетная температура t в.р =18 °С при соблюдении температурного графика тепловой сети 150-70°С, проектном значении расхода сетевой воды, нормативном воздухообмене и качественном регулировании сезонной нагрузки. Расчетная температура наружного воздуха равна средней температуре холодной пятидневки с коэффициентом обеспеченности 0,92 на момент создания системы теплоснабжения. Коэффициент смешения элеваторных узлов определяется общепринятым температурным графиком регулирования систем отопления 95-70 °С и равен 2,2.
Следует отметить, что в актуализированной редакции СНиП “Строительная климатология” СП 131.13330.2012 для многих городов произошло повышение расчетной температуры холодной пятидневки на несколько градусов в сравнении с редакцией документа СНиП 23-01-99.
3. Расчеты режимов работы системы теплоснабжения при температуре прямой сетевой воды 115 °С
Рассматривается работа в новых условиях системы теплоснабжения, созданной на протяжении десятков лет по современным для периода строительства нормам. Проектный температурный график качественного регулирования сезонной нагрузки 150-70 °С. Считается, что в момент ввода в работу система теплоснабжения выполняла свои функции в точности.
В результате анализа системы уравнений, описывающих процессы во всех звеньях системы теплоснабжения, определяется ее поведение при максимальной температуре воды в подающей линии 115 °С при расчетной температуре наружного воздуха, коэффициентах смешения элеваторных узлов 2,2.
Одним из определяющих параметров аналитического исследования является расход сетевой воды на отопление, вентиляцию. Его величина принимается в следующих вариантах:
Проектное значение расхода в соответствии с графиком 150-70 °С и заявленной нагрузкой отопления, вентиляции;
Значение расхода, обеспечивающее расчетную температуру воздуха в помещениях в расчетных условиях по температуре наружного воздуха;
Фактическое максимально возможное значение расхода сетевой воды с учетом установленных сетевых насосов.
3.1. Снижение температуры воздуха в помещениях при сохранении присоединенных тепловых нагрузок
Определим, как изменится средняя температура в помещениях при температуре сетевой воды в подающей линии t o 1 =115 °С, проектном расходе сетевой воды на отопление (будем считать, что вся нагрузка отопительная, так как вентиляционная нагрузка такого же типа) , исходя из проектного графика 150-70 °С, при температуре наружного воздуха t н.о =-25 °С. Считаем, что на всех элеваторных узлах коэффициенты смешения u расчетные и равны
Для проектных расчетных условий эксплуатации системы теплоснабжения ( , , , ) справедлива следующая система уравнений:
где - среднее значение коэффициента теплопередачи всех приборов отопления с общей площадью теплообмена F, - средний температурный перепад между теплоносителем приборов отопления и температурой воздуха в помещениях, G o – расчетный расход сетевой воды, поступающий в элеваторные узлы, G п – расчетный расход воды, поступающий в приборы отопления, G п =(1+u)G o , с – удельная массовая изобарная теплоемкость воды, - среднее проектное значение коэффициента теплопередачи здания с учетом транспорта тепловой энергии через наружные ограждения общей площадью А и затрат тепловой энергии на нагрев нормативного расхода наружного воздуха.
При пониженной температуре сетевой воды в подающей линии t o 1 =115 °C при сохранении проектного воздухообмена происходит снижение средней температуры воздуха в помещениях до величины t в. Соответствующая система уравнений для расчетных условий по наружному воздуху будет иметь вид
, (3)
где n – показатель степени в критериальной зависимости коэффициента теплопередачи приборов отопления от среднего температурного напора, см. , табл. 9.2, с.44. Для наиболее распространенных приборов отопления в виде чугунных секционных радиаторов и стальных панельных конвекторов типа РСВ и РСГ при движении теплоносителя сверху вниз n=0,3.
Введем обозначения 
, , 
.
Из (1)-(3) следует система уравнений
,
,
решения которой имеют вид:
, (4)
(5)
. (6)
Для заданных проектных значений параметров системы теплоснабжения
,
Уравнение (5) с учетом (3) для заданной температуры прямой воды в расчетных условиях позволяет получить соотношение для определения температуры воздуха в помещениях:
Решением этого уравнения является t в =8,7°C.
Относительная тепловая мощность системы отопления равна
Следовательно, при изменении температуры прямой сетевой воды со 150 °С до 115 °С снижение средней температуры воздуха в помещениях происходит с 18 °С до 8,7 °С, тепловая мощность системы отопления падает на 21,6%.
Расчетные значения температур воды в системе отопления для принятого отклонения от температурного графика равны °С, °С.
Выполненный расчет соответствует случаю, когда расход наружного воздуха при работе системы вентиляции и инфильтрации соответствует проектным нормативным значениям вплоть до температуры наружного воздуха t н.о =-25°С. Так как в жилых зданиях, как правило, применяется естественная вентиляция, организуемая жильцами при проветривании с помощью форточек, оконных створок и систем микропроветривания стеклопакетов, то можно утверждать, что при низких температурах наружного воздуха расход холодного воздуха, поступающего в помещения, особенно после практически полной замены оконных блоков на стеклопакеты далек от нормативного значения. Поэтому температура воздуха в жилых помещениях по факту значительно выше определенного значения t в =8,7°C.
3.2 Определение мощности системы отопления за счет снижения вентиляции воздуха помещений при расчетном расходе сетевой воды
Определим, насколько нужно снизить затраты тепловой энергии на вентиляцию в рассматриваемом непроектном режиме пониженной температуры сетевой воды тепловой сети для того, чтобы средняя температура воздуха в помещениях сохранилась на нормативном уровне, то есть, t в = t в.р =18°C.
Система уравнений, описывающих процесс работы системы теплоснабжения в этих условиях, примет вид
Совместное решение (2’) с системами (1) и (3) аналогично предыдущему случаю дает следующие соотношения для температур различных потоков воды:
,
,
.
Уравнение для заданной температуры прямой воды в расчетных условиях по температуре наружного воздуха позволяет найти уменьшенную относительную нагрузку системы отопления (произведено уменьшение только мощности системы вентиляции, теплопередача через наружные ограждения в точности сохранена):
Решением этого уравнения является =0,706.
Следовательно, при изменении температуры прямой сетевой воды со 150°С до 115°С сохранение температуры воздуха в помещениях на уровне 18°С возможно за счет снижения общей тепловой мощности системы отопления до 0,706 от проектного значения за счет снижения затрат на нагрев наружного воздуха. Тепловая мощность системы отопления падает на 29,4%.
Расчетные значения температур воды для принятого отклонения от температурного графика равны °С, °С.
3.4 Увеличение расхода сетевой воды с целью обеспечения нормативной температуры воздуха в помещениях
Определим, как должен увеличиться расход сетевой воды в тепловой сети на нужды отопления при снижении температуры сетевой воды в подающей линии до t o 1 =115°С в расчетных условиях по температуре наружного воздуха t н.о =-25°С, чтобы средняя температура в воздуха в помещениях сохранилась на нормативном уровне, то есть, t в =t в.р =18°C. Вентиляция помещений соответствует проектному значению.
Система уравнений, описывающих процесс работы системы теплоснабжения, в этом случае примет вид с учетом возрастания значения расхода сетевой воды до G o у и расхода воды через системы отопления G пу =G оу (1+u) при неизменном значении коэффициента смешения элеваторных узлов u=2,2. Для наглядности воспроизведем в этой системе уравнения (1)
.
Из (1), (2”), (3’) следует система уравнений промежуточного вида
Решение приведенной системы имеет вид:
°С, t o 2 =76,5°С,
Итак, при изменении температуры прямой сетевой воды со 150 °С до 115 °С сохранение средней температуры воздуха в помещениях на уровне 18 °С возможно за счет увеличения расхода сетевой воды в подающей (обратной) линии тепловой сети на нужды систем отопления и вентиляции в 2,08 раза.
Очевидно, что такого запаса по расходу сетевой воды нет и на теплоисточниках, и на насосных станциях при их наличии. Кроме того, столь высокое увеличение расхода сетевой воды приведет к возрастанию потерь давления на трение в трубопроводах тепловой сети и в оборудовании тепловых пунктов и теплоисточника более, чем в 4 раза, что невозможно реализовать из-за отсутствия запаса сетевых насосов по напору и по мощности двигателей. Следовательно, увеличение расхода сетевой воды в 2,08 раза за счет возрастания только количества установленных сетевых насосов при сохранении их напора неизбежно приведет к неудовлетворительной работе элеваторных узлов и теплообменников большей части тепловых пунктов системы теплоснабжения.
3.5 Снижение мощности системы отопления за счет снижения вентиляции воздуха помещений в условиях повышенного расхода сетевой воды
Для некоторых теплоисточников расход сетевой воды в магистралях может быть обеспечен выше проектного значения на десятки процентов. Это связано, как с уменьшением тепловых нагрузок, имевшем место в последние десятилетия, так и с наличием определенного резерва производительности установленных сетевых насосов. Примем максимальное относительное значение расхода сетевой воды равным 
=1,35 от проектного значения. Учтем также возможное повышение расчетной температуры наружного воздуха по данным СП 131.13330.2012.
Определим, насколько необходимо снизить средний расход наружного воздуха на вентиляцию помещений в режиме пониженной температуры сетевой воды тепловой сети, чтобы средняя температура воздуха в помещениях сохранилась на нормативном уровне, то есть, t в =18 °C.
Для пониженной температуры сетевой воды в подающей линии t o 1 =115°C происходит снижение расхода воздуха в помещениях с целью сохранения расчетного значения t в =18°C в условиях возрастания расхода сетевой воды в 1,35 раза и повышения расчетной температуры холодной пятидневки. Соответствующая система уравнений для новых условий будет иметь вид
Относительное снижение тепловой мощности системы отопления равно
. (3’’)
Из (1), (2’’’), (3’’) следует решение
,
,
.
Для заданных значений параметров системы теплоснабжения и =1,35:
; =115 °С; =66 °С; =81,3 °С.
Учтем также повышение температуры холодной пятидневки до величины t н.о_ =-22 °C. Относительная тепловая мощность системы отопления равна
Относительное изменение суммарных коэффициентов теплопередачи равно и обусловлено снижением расхода воздуха системы вентиляции.
Для домов постройки до 2000 г. доля затрат тепловой энергии на вентиляцию помещений в центральных районах РФ составляет 40…45% , соответственно, падение расхода воздуха системы вентиляции должно произойти приблизительно в 1,4 раза, чтобы общий коэффициент теплопередачи составил 89% от проектного значения.
Для домов постройки после 2000 г. доля затрат на вентиляцию повышается до 50…55%, падение расхода воздуха системы вентиляции приблизительно в 1,3 раза сохранит расчетную температуру воздуха в помещениях.
Выше в 3.2 показано, что при проектных значениях расходов сетевой воды, температуры воздуха в помещениях и расчетной температуры наружного воздуха снижению температуры сетевой воды до 115°С соответствует относительная мощность системы отопления 0,709. Если это снижение мощности относить на уменьшение нагрева вентиляционного воздуха, то для домов постройки до 2000 г. падение расхода воздуха системы вентиляции помещений должно произойти приблизительно в 3,2 раза, для домов постройки после 2000 г. - в 2,3 раза.
Анализ данных измерений узлов учета тепловой энергии отдельных жилых домов показывает, что уменьшение потребляемой тепловой энергии в холодные дни соответствует снижению нормативного воздухообмена в 2,5 раза и выше.
4. Необходимость уточнения расчетной нагрузки отопления систем теплоснабжения
Пусть заявленная нагрузка системы отопления, созданной в последние десятилетия, равна . Эта нагрузка соответствует расчетной температуре наружного воздуха, актуальной в период строительства, принимаемой для определенности t н.о =-25 °С.
Ниже приводится оценка фактического снижения заявленной расчетной отопительной нагрузки, вызванная влиянием различных факторов.
Повышение расчетной температуры наружного воздуха до -22 °С снижает расчетную нагрузку отопления до величины (18+22)/(18+25)х100%=93%.
Кроме того, следующие факторы приводят к снижению расчетной нагрузки отопления.
1. Замена оконных блоков на стеклопакеты, которая произошла практически повсеместно. Доля трансмиссионных потерь тепловой энергии через окна составляет около 20% от общей нагрузки отопления. Замена оконных блоков на стеклопакеты привела к увеличению термического сопротивления с 0,3 до 0,4 м 2 ∙К/Вт, соответственно, тепловая мощность теплопотерь уменьшилась до величины: х100%=93,3%.
2. Для жилых зданий доля вентиляционной нагрузки в нагрузке отопления в проектах, выполненных до начала 2000-х годов, составляет около 40…45%, позже – порядка 50…55%. Примем среднюю долю вентиляционной составляющей в нагрузке отопления в размере 45% от заявляемой нагрузки отопления. Она соответствует кратности воздухообмена 1,0. По современным нормам СТО максимальная кратность воздухообмена находится на уровне 0,5, среднесуточная кратность воздухообмена для жилого здания – на уровне 0,35. Следовательно, снижение нормы воздухообмена с 1,0 до 0,35 приводит к падению отопительной нагрузки жилого здания до величины:
х100%=70,75%.
3. Вентиляционная нагрузка разными потребителями востребована случайным образом, поэтому, как и нагрузка ГВС для теплоисточника ее величина суммируется не аддитивно, а с учетом коэффициентов часовой неравномерности. Доля максимальной нагрузки вентиляции в составе заявленной нагрузки отопления составляет 0,45х0,5/1,0=0,225 (22,5%). Коэффициент часовой неравномерности оценочно примем таким же, как и для ГВС, равным K час.вент =2,4. Следовательно, общая нагрузка систем отопления для теплоисточника с учетом снижения вентиляционной максимальной нагрузки, замены оконных блоков на стеклопакеты и неодновременности востребования вентиляционной нагрузки составит величину 0,933х(0,55+0,225/2,4)х100%=60,1% от заявленной нагрузки.
4. Учет повышения расчетной температуры наружного воздуха приведет к еще большему падению расчетной нагрузки отопления.
5. Выполненные оценки показывают, что уточнение тепловой нагрузки систем отопления может привести к ее снижению на 30…40%. Такое снижение нагрузки отопления позволяет ожидать, что при сохранении проектного расхода сетевой воды расчетная температура воздуха в помещениях может быть обеспечена при реализации “срезки” температуры прямой воды при 115 °С для низких температур наружного воздуха (см. результаты 3.2). Еще с большим основанием это можно утверждать при наличии резерва в величине расхода сетевой воды на тепловом источнике системы теплоснабжения (см. результаты 3.4).
Приведенные оценки носят иллюстративный характер, но из них следует, что, исходя из современных требований нормативной документации, можно ожидать как существенного снижения суммарной расчетной нагрузки отопления существующих потребителей для теплового источника, так и технически обоснованного режима работы со “срезкой” температурного графика регулирования сезонной нагрузки на уровне 115°С. Необходимая степень реального снижения заявленной нагрузки систем отопления должна определяться при проведении натурных испытаний для потребителей конкретной тепловой магистрали. Расчетная температура обратной сетевой воды также подлежит уточнению при проведении натурных испытаний.
Следует иметь в виду, что качественное регулирование сезонной нагрузки не является устойчивым с точки зрения распределения тепловой мощности по приборам отопления для вертикальных однотрубных систем отопления. Поэтому во всех расчетах, приводимых выше, при обеспечении средней расчетной температуры воздуха в помещениях будет иметь место некоторое изменение температуры воздуха в помещениях по стояку в отопительный период при различной температуре наружного воздуха .
5. Трудности в реализации нормативного воздухообмена помещений
Рассмотрим структуру затрат тепловой мощности системы отопления жилого дома. Основными слагаемыми тепловых потерь, компенсируемых поступлением теплоты от приборов отопления, являются трансмиссионные потери через наружные ограждения, а также затраты на нагрев наружного воздуха, поступающего в помещения. Расход свежего воздуха для жилых зданий определяется требованиями санитарно-гигиенических норм, которые приведены в разделе 6.
В жилых домах система вентиляции, как правило, естественная. Норма расхода воздуха обеспечивается периодическим открытием форточек и створок окон. При этом следует иметь в виду, что с 2000 г. существенно возросли требования к теплозащитным свойствам наружных ограждений, прежде всего, стен (в 2…3 раза).
Из практики разработки энергетических паспортов жилых зданий следует, что для зданий постройки с 50-х по 80-е годы прошлого века в центральном и северо-западном регионах доля тепловой энергии на нормативную вентиляцию (инфильтрацию) составляла 40…45%, для зданий, выстроенных позднее, 45…55%.
До появления стеклопакетов регулирование воздухообмена производилось форточками и фрамугами, причем, в холодные дни частота их открывания снижалась. При широком распространении стеклопакетов обеспечение нормативного воздухообмена стало еще большей проблемой. Это связано с уменьшением в десятки раз неконтролируемой инфильтрации через щели и с тем, что частое проветривание с помощью открытия створок окон, которое только и может обеспечить нормативный воздухообмен, по факту не происходит.
На эту тему имеются публикации, см., например, . Даже при проведении периодического проветривания отсутствуют какие-либо количественные показатели, свидетельствующие о воздухообмене помещений и его сравнении с нормативным значением. В результате по факту воздухообмен далек от нормативного и возникает ряд проблем: возрастает относительная влажность, образуется конденсат на остеклении, появляется плесень, возникают стойкие запахи, повышается содержание углекислого газа в воздухе, что в совокупности привело к появлению термина “синдром больных зданий”. В отдельных случаях из-за резкого снижения воздухообмена возникает разрежение в помещениях, приводящее к опрокидыванию движения воздуха в вытяжных каналах и к поступлению холодного воздуха в помещения, перетеканию грязного воздуха из одной квартиры в другую, обмерзанию стенок каналов. Как следствие, перед строителями возникает проблема в части использования более совершенных систем вентиляции, способных обеспечить экономию затрат на отопление. В связи с этим необходимо применять системы вентиляции с регулируемым притоком и удалением воздуха, системы отопления с автоматическим регулированием подачи тепла на приборы отопления (в идеале – системы с поквартирным подключением), герметичные окна и входные двери в квартиры.
Подтверждением того, что система вентиляции жилых зданий работает с производительностью, существенно меньшей проектной, являются более низкие, в сравнении с расчетными, расходы тепловой энергии в течение отопительного периода, фиксируемые узлами учета тепловой энергии зданий.
Выполненный сотрудниками СПбГПУ расчет системы вентиляции жилого дома показал следующее . Естественная вентиляция в режиме свободного притока воздуха в среднем за год почти в 50% времени меньше расчетной (сечение вытяжного канала спроектировано по действующим нормам вентиляции многоквартирных жилых домов для условий Санкт-Петербурга на нормативный воздухообмен для наружной температуры +5 °С), в 13% времени вентиляция более чем в 2 раза меньше расчетной, и в 2% времени вентиляция отсутствует. Значительную часть отопительного периода при температуре наружного воздуха менее +5 °С вентиляция превышает нормативное значение. То есть, без специальной регулировки при низкой температуре наружного воздуха обеспечить нормативный воздухообмен невозможно, при температурах наружного воздуха более +5°С воздухообмен будет ниже нормативного, если не применять вентилятор.
6. Эволюция нормативных требований к воздухообмену помещений
Затраты на нагрев наружного воздуха определяются требованиями, приведенными в нормативной документации, которые на протяжении длительного периода строительства зданий претерпели ряд изменений.
Рассмотрим эти изменения на примере жилых многоквартирных домов.
В СНиП II-Л.1-62, часть II, раздел Л, глава 1, действовавших до апреля 1971 г., нормы воздухообмена для жилых комнат составляли 3 м 3 /ч на 1 м 2 площади комнат, для кухни с электроплитами кратность воздухообмена 3, но не менее 60 м 3 /ч, для кухни с газовой плитой - 60 м 3 /ч для двухконфорочных плит, 75 м 3 /ч – для трехконфорочных плит, 90 м 3 /ч – для четырехконфорочных плит. Расчетная температура жилых комнат +18 °С, кухни +15 °С.
В СНиП II-Л.1-71, часть II, раздел Л, глава 1, действовавших до июля 1986 г., указаны аналогичные нормы, но для кухни с электроплитами исключена кратность воздухообмена 3.
В СНиП 2.08.01-85, действовавших до января 1990 г., нормы воздухообмена для жилых комнат составляли 3 м 3 /ч на 1 м 2 площади комнат, для кухни без указания типа плит 60 м 3 /ч. Несмотря на разную нормативную температуру в жилых помещениях и на кухне, для теплотехнических расчетов предложено принимать температуру внутреннего воздуха +18°С.
В СНиП 2.08.01-89, действовавших до октября 2003 г., нормы воздухообмена такие же, как и в СНиП II-Л.1-71, часть II, раздел Л, глава 1. Сохраняется указание о температуре внутреннего воздуха +18 °С.
В действующих до сих пор СНиП 31-01-2003 появляются новые требования, приведенные в 9.2-9.4:
9.2 Расчетные параметры воздуха в помещениях жилого дома следует принимать по оптимальным нормам ГОСТ 30494. Кратность воздухообмена в помещениях следует принимать в соответствии с таблицей 9.1.
Таблица 9.1
| Помещение | Кратность или величина
воздухообмена, м 3 в час, не менее |
|
| в нерабочем | в режиме
обслуживания |
|
| Спальная, общая, детская комнаты | 0,2 | 1,0 |
| Библиотека, кабинет | 0,2 | 0,5 |
| Кладовая, бельевая, гардеробная | 0,2 | 0,2 |
| Тренажерный зал, бильярдная | 0,2 | 80 м 3 |
| Постирочная, гладильная, сушильная | 0,5 | 90 м 3 |
| Кухня с электроплитой | 0,5 | 60 м 3 |
| Помещение с газоиспользующим оборудованием | 1,0 | 1,0 + 100 м 3 |
| Помещение с теплогенераторами и печами на твердом топливе | 0,5 | 1,0 + 100 м 3 |
| Ванная, душевая, уборная, совмещенный санузел | 0,5 | 25 м 3 |
| Сауна | 0,5 | 10 м 3
на 1 человека |
| Машинное отделение лифта | - | По расчету |
| Автостоянка | 1,0 | По расчету |
| Мусоросборная камера | 1,0 | 1,0 |
Кратность воздухообмена во всех вентилируемых помещениях, не указанных в таблице, в нерабочем режиме должна составлять не менее 0,2 объема помещения в час.
9.3 При теплотехническом расчете ограждающих конструкций жилых зданий следует принимать температуру внутреннего воздуха отапливаемых помещений не менее 20 °С.
9.4 Система отопления и вентиляции здания должна быть рассчитана на обеспечение в помещениях в течение отопительного периода температуры внутреннего воздуха в пределах оптимальных параметров, установленных ГОСТ 30494, при расчетных параметрах наружного воздуха для соответствующих районов строительства.
Отсюда видно, что, во-первых, появляются понятия режима обслуживания помещения и нерабочего режима, во время действия которых предъявляются, как правило, очень разные количественные требования к воздухообмену. Для жилых помещений (спальни, общие комнаты, детские комнаты), составляющих значительную часть площади квартиры, нормы воздухообмена при разных режимах отличаются в 5 раз. Температура воздуха в помещениях при расчете тепловых потерь проектируемого здания должна приниматься не менее 20°С. В жилых помещениях нормируется кратность воздухообмена, независимо от площади и количества жильцов.
В актуализированной редакции СП 54.13330.2011 частично воспроизведена информация СНиП 31-01-2003 в первоначальной редакции. Нормы воздухообмена для спален, общих комнат, детских комнат при общей площади квартиры на одного человека менее 20 м 2 – 3 м 3 /ч на 1 м 2 площади комнат; то же при общей площади квартиры на одного человека более 20 м 2 – 30 м 3 /ч на одного человека, но не менее 0,35 ч -1 ; для кухни с электроплитами 60 м 3 /ч, для кухни с газовой плитой 100 м 3 /ч.
Следовательно, для определения среднесуточного часового воздухообмена необходимо назначать длительность каждого из режимов, определять расход воздуха в разных помещениях в течение каждого режима и затем вычислять среднечасовую потребность квартиры в свежем воздухе, а затем и дома в целом. Многократное изменение воздухообмена в конкретной квартире в течение суток, например, при отсутствии людей в квартире в рабочее время или в выходные дни приведет к существенной неравномерности воздухообмена в течение суток. В то же время очевидно, что неодновременное действие указанных режимов в разных квартирах приведет к выравниванию нагрузки дома на нужды вентиляции и к неаддитивному сложению этой нагрузки у разных потребителей.
Можно провести аналогию с неодновременным использованием нагрузки ГВС потребителями, что обязывает вводить коэффициент часовой неравномерности при определении нагрузки ГВС для теплоисточника. Как известно, его величина для значительного количества потребителей в нормативной документации принимается равной 2,4. Аналогичное значение для вентиляционной составляющей нагрузки отопления позволяет считать, что соответствующая суммарная нагрузка также будет по факту уменьшаться, как минимум, в 2,4 раза в связи с неодновременным открытием форточек и окон в разных жилых зданиях. В общественных и производственных зданиях наблюдается аналогичная картина с тем отличием, что в нерабочее время вентиляция минимальна и определяется только инфильтрацией через неплотности в световых ограждениях и наружных дверях.
Учет тепловой инерции зданий позволяет также ориентироваться на среднесуточные значения расходов тепловой энергии на нагрев воздуха. Тем более, что в большинстве систем отопления отсутствуют термостаты, обеспечивающие поддержание температуры воздуха в помещениях. Известно также, что центральное регулирование температуры сетевой воды в подающей линии для систем теплоснабжения ведется по температуре наружного воздуха, осредняемой за период длительностью порядка 6-12 часов, а иногда и за большее время.
Следовательно, необходимо выполнить расчеты нормативного среднего воздухообмена для жилых домов разных серий с целью уточнения расчетной отопительной нагрузки зданий. Аналогичную работу необходимо проделать для общественных и производственных зданий.
Следует отметить, что указанные действующие нормативные документы распространяются на вновь проектируемые здания в части проектирования систем вентиляции помещений, но косвенно они не только могут, но и должны быть руководством к действию при уточнении тепловых нагрузок всех зданий, в том числе тех, что были выстроены по другим, приведенным выше нормам.
Разработаны и опубликованы стандарты организаций, регламентирующие нормы воздухообмена в помещениях многоквартирных жилых зданий. Например, СТО НПО АВОК 2.1-2008, СТО СРО НП СПАС-05-2013, Энергосбережение в зданиях. Расчет и проектирование систем вентиляции жилых многоквартирных зданий (Утверждено общим собранием СРО НП СПАС от 27.03.2014 г.).
В основном, в этих документах приводимые нормы соответствуют СП 54.13330.2011 при некоторых снижениях отдельных требований (например, для кухни с газовой плитой к 90(100) м 3 /ч не добавляется однократный воздухообмен, в нерабочее время в кухне такого типа допускается воздухообмен 0,5 ч -1 , тогда как в СП 54.13330.2011 – 1,0 ч -1).
В справочном Приложении В СТО СРО НП СПАС-05-2013 приводится пример расчета требуемого воздухообмена для трехкомнатной квартиры.
Исходные данные:
Общая площадь квартиры F общ = 82,29 м 2 ;
Площадь жилых помещений F жил = 43,42 м 2 ;
Площадь кухни – F кх = 12,33 м 2 ;
Площадь ванной комнаты – F вн = 2,82 м 2 ;
Площадь уборной – F уб = 1,11 м 2 ;
Высота помещений h = 2,6 м;
На кухне установлена электроплита.
Геометрические характеристики:
Объём отапливаемых помещений V =221,8 м 3 ;
Объём жилых помещений V жил = 112,9 м 3 ;
Объём кухни V кх = 32,1 м 3 ;
Объём уборной V уб = 2,9 м 3 ;
Объём ванной комнаты V вн = 7,3 м 3 .
Из приведенного расчет воздухообмена следует, что система вентиляции квартиры должна обеспечивать расчетный воздухообмен в режиме обслуживания (в режиме проектной эксплуатации) – L тр раб = 110,0 м 3 /ч; в нерабочем режиме - L тр раб = 22,6 м 3 /ч. Приведенные расходы воздуха соответствуют кратности воздухообмена 110,0/221,8=0,5 ч -1 для режима обслуживания и 22,6/221,8=0,1 ч -1 для нерабочего режима.
Приведенная в настоящем разделе информация показывает, что в существующих нормативных документах при разной заселенности квартир максимальная кратность воздухообмена находится в диапазоне 0,35…0,5 ч -1 по отапливаемому объему здания, в нерабочем режиме – на уровне 0,1 ч -1 . Это означает, что при определении мощности системы отопления, компенсирующей трансмиссионные потери тепловой энергии и затраты на подогрев наружного воздуха, а также расхода сетевой воды на нужды отопления можно ориентироваться в первом приближении на среднее за сутки значение кратности воздухообмена жилых многоквартирных домов 0,35 ч -1 .
Анализ энергетических паспортов жилых дома, разработанных в соответствии со СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий”, показывает, что при вычислении нагрузки отопления дома кратность воздухообмена соответствует уровню 0,7 ч -1 , что в 2 раза превышает рекомендуемое выше значение, не противоречащее требованиям современных СТО.
Необходимо сделать уточнение отопительной нагрузки зданий, выстроенных по типовым проектам, исходя из уменьшенного среднего значения кратности воздухообмена, что будет соответствовать существующим российским нормам и позволит приблизиться к нормам ряда стран Евросоюза и США.
7. Обоснование снижения температурного графика
В разделе 1 показано, что температурный график 150-70 °С в связи с фактической невозможностью его применения в современных условиях должен быть понижен, либо модифицирован путем обоснования “срезки” по температуре.
Приведенные выше вычисления различных режимов работы системы теплоснабжения в нерасчетных условиях позволяют предложить следующую стратегию по внесению изменений в регулирование тепловой нагрузки потребителей.
1. На переходный период ввести температурный график 150-70 °С со “срезкой” 115 °С. При таком графике расход сетевой воды в тепловой сети для нужд отопления, вентиляции сохранить на существующем уровне, соответствующем проектному значению, либо с небольшим его превышением, исходя из производительности установленных сетевых насосов. В диапазоне температур наружного воздуха, соответствующем “срезке”, считать расчетную нагрузку отопления потребителей сниженной в сравнении с проектным значением. Уменьшение отопительной нагрузки относить за счет снижения затрат тепловой энергии на вентиляцию, исходя из обеспечения необходимого среднесуточного воздухообмена жилых многоквартирных зданий по современным нормам на уровне 0,35 ч -1 .
2. Организовать работу по уточнению нагрузок систем отопления зданий путем разработки энергетических паспортов зданий жилого фонда, общественных организаций и предприятий, обратив внимание, прежде всего, на вентиляционную нагрузку зданий, входящую в нагрузку систем отопления с учетом современных нормативных требований по воздухообмену помещений. С этой целью необходимо для домов разной этажности, прежде всего, типовых серий выполнить расчет тепловых потерь, как трансмиссионных, так и на вентиляцию в соответствии с современными требованиями нормативной документации РФ.
3. На основе натурных испытаний учесть длительность характерных режимов эксплуатации систем вентиляции и неодновременность их работы у разных потребителей.
4. После уточнения тепловых нагрузок систем отопления потребителей разработать график регулирования сезонной нагрузки 150-70 °С со “срезкой” на 115°С. Возможность перехода на классический график 115-70 °С без “срезки” при качественном регулировании определить после уточнения сниженных нагрузок отопления. Температуру обратной сетевой воды уточнить при разработке пониженного графика.
5. Рекомендовать проектировщикам, застройщикам новых жилых зданий и ремонтным организациям, выполняющим капитальный ремонт старого жилого фонда, применение современных систем вентиляции, позволяющих производить регулирование воздухообмена, в том числе механических с системами рекуперации тепловой энергии загрязненного воздуха, а также введение термостатов для регулировки мощности приборов отопления.
Литература
1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети, 7-е изд., М.: Издательство МЭИ, 2001 г.
2. Гершкович В.Ф. “Сто пятьдесят… Норма или перебор? Размышления о параметрах теплоносителя…” // Энергосбережение в зданиях. – 2004 - № 3 (22), Киев.
3. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч.1 Отопление/ В.Н. Богословский, Б.А. Крупнов, А.Н. Сканави и др.; Под ред. И.Г. Староверова и Ю.И. Шиллера, - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1990. -344 с.: ил. – (Справочник проектировщика).
4. Самарин О.Д. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность / Монография. М.: Издательство АСВ, 2011.
6. А.Д. Кривошеин, Энергосбережение в зданиях: светопрозрачные конструкции и вентиляция помещений // Архитектура и строительство Омской области, №10 (61), 2008 г.
7. Н.И. Ватин, Т.В. Самопляс “Системы вентиляции жилых помещений многоквартирных домов”, СПб, 2004 г.
Температурный график представляет собой зависимость степени нагрева воды в системе от температуры холодного наружного воздуха. После необходимых вычислений результат представляют в виде двух чисел. Первое означает температуру воды на входе в систему теплоснабжения, а вторая на выходе.
Например, запись 90-70ᵒС означает, что при заданных климатических условиях для отопления определенного здания понадобится, чтобы на входе в трубы теплоноситель имел температуру 90ᵒС, а на выходе 70ᵒС.
Все значения представляются для температуры воздуха снаружи по наиболее холодной пятидневке. Данная расчетная температура принимается по СП «Тепловая защита зданий». Внутренняя температура для жилых помещений по нормам принимается 20ᵒС. График обеспечит правильную подачу теплоносителя в трубы отопления. Это позволит избежать переохлаждения помещений и нерационального расхода ресурсов.
Необходимость выполнения построений и расчетов
Температурный график необходимо разрабатывать для каждого населенного пункта. Он позволяет обеспечиться наиболее грамотную работу системы отопления, а именно:
- Привести в соответствие тепловые потери во время подачи горячей воды в дома со среднесуточной температурой наружного воздуха.
- Предотвратить недостаточный нагрев помещений.
- Обязать тепловые станции поставлять потребителям услуги, соответствующие технологическим условиям.
Такие вычисления необходимы, как для крупных отопительных станций, так и для котельных в небольших населенных пунктах. В этом случае результат расчетов и построений будет называться график котельной.
Способы регулирования температуры в системе отопления
По завершении расчетов необходимо добиться вычисленной степени нагрева теплоносителя. Достигнуть ее можно несколькими способами:
- количественным;
- качественным;
- временным.
В первом случае изменяют расход воды, поступающей в отопительную сеть, во втором регулируют степень нагрева теплоносителя. Временный вариант предполагает дискретную подачу горячей жидкости в тепловую сеть.
Для центральной системы теплоснабжения наиболее характерен качественный, способ при этом объем воды, поступающий в отопительный контур, остается неизменным.
Виды графиков
В зависимости от назначения тепловой сети способы выполнения отличаются. Первый вариант - нормальный график отопления. Он представляет собой построения для сетей, работающих только на отопление помещений и регулируемых централизованно.
Повышенный график рассчитывается для тепловых сетей, обеспечивающих отопление и снабжение горячей водой. Он строится для закрытых систем и показывает суммарную нагрузку на систему подачи горячей воды.
Скорректированный график также предназначен для сетей, работающих и на отопление, и на нагрев. Здесь учитываются тепловые потери при прохождении теплоносителя по трубам до потребителя.
Составление температурного графика
Построенная прямая линия зависит от следующих значений:
- нормируемая температура воздуха в помещении;
- температура наружного воздуха;
- степень нагрева теплоносителя при поступлении в систему отопления;
- степень нагрева теплоносителя на выходе из сетей здания;
- степень теплоотдачи отопительных приборов;
- теплопроводность наружных стен и общие тепловые потери здания.
Чтобы выполнить грамотный расчет, необходимо вычислить разницу между температурами воды в прямой и обратной трубе Δt. Чем выше значение в прямой трубе, тем лучше теплоотдача системы отопления и выше температура внутри помещений.
Чтобы рационально и экономно расходовать теплоноситель, необходимо добиться минимально возможного значения Δt. Это можно обеспечить, например, проведением работ по дополнительному утеплению наружных конструкций дома (стен, покрытий, перекрытий над холодным подвалом или техническим подпольем).
Расчет режима отопления
В первую очередь необходимо получить все исходные данные. Нормативные значения температур наружного и внутреннего воздуха принимаются по СП «Тепловая защита зданий». Для нахождения мощности отопительных приборов и тепловых потерь потребуется воспользоваться следующими формулами.
Тепловые потери здания
Исходными данными в этом случае станут:
- толщина наружных стен;
- теплопроводность материала, из которого изготовлены ограждающие конструкции (в большинстве случаев указывается производителем, обозначается буквой λ);
- площадь поверхности наружной стены;
- климатический район строительства.
В первую очередь находят фактическое сопротивление стены теплопередаче. В упрощенном варианте можно его найти как частное толщины стены и ее теплопроводности. Если наружная конструкция состоит из нескольких слоев, по отдельности находят сопротивление каждого из них и складывают полученные значения.
Тепловые потери стен рассчитываются по формуле:
Q = F*(1/R 0)*(t внутр. воздуха -t наружн. воздуха)
Здесь Q – это тепловые потери в килокалориях, а F – площадь поверхности наружных стен. Для более точного значения необходимо учесть площадь остекления и его коэффициент теплопередачи.
Расчет поверхностной мощности батарей
Удельная (поверхностная) мощность вычисляется как частное максимальной мощности прибора в Вт и площади поверхности теплоотдачи. Формула выглядит следующим образом:
Р уд = Р max /F акт
Расчет температуры теплоносителя
На основе полученных значений подбирается температурный режим отопления и строится прямая теплоотдачи. По одной оси наносятся значения степени нагрева подаваемой в систему отопления воды, а по другой температура наружного воздуха. Все величины принимаются в градусах Цельсия. Результаты расчета сводятся в таблицу, в которой указаны узловые точки трубопровода.
Проводить вычисления по методике достаточно сложно. Для выполнения грамотного расчета лучше всего воспользоваться специальными программами.
Для каждого здания такой расчет выполняется в индивидуальном порядке управляющей компанией. Для примерного определения воды на входе в систему можно воспользоваться существующими таблицами.
- Для крупных поставщиков тепловой энергии используют параметры теплоносителя 150-70ᵒС, 130-70ᵒС, 115-70ᵒС.
- Для небольших систем на несколько многоквартирных домов применяются параметры 90-70ᵒС (до 10 этажей), 105-70ᵒС (свыше 10 этажей). Может также быть принят график 80-60ᵒС.
- При обустройстве автономной системы отопления для индивидуального дома достаточно контроля над степенью нагрева с помощью датчиков, график можно не строить.
Выполненные мероприятия позволяют определять параметры теплоносителя в системе в определенный момент времени. Анализируя совпадение параметров с графиком можно проверять эффективность отопительной системы. В таблице температурного графика указывается также степень нагрузки на систему отопления.
