Обеспеченность и надежность теплового режима зданий массовой застройки в период “температурных срезов”
На правах рукописи
Корягин Михаил Владимирович
ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЗДАНИЙ МАССОВОЙ ЗАСТРОЙКИ В ПЕРИОД “ТЕМПЕРАТУРНЫХ СРЕЗОВ”
05.23.03 – Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха,
газоснабжение и освещение
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Нижний Новгород – 2007
РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ГОСУДАРСТВЕННОМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ УЧРЕЖДЕНИИ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ “НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”
____________________________________________________________________________________________
Научный руководитель
кандидат технических наук, доцент Шевченко Анатолий Андриянович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук Умеркин Георгий Хамзанович,
кандидат технических наук, доцент Квашнин Иван Михайлович
Ведущая организация
ЗАО “Сантехпроект”, г. Нижний Новгород
Защита состоится « 29 » мая 2007 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.162.02 при ГОУ ВПО “Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет” по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, корпус 5, аудитория 202.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО “Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет”.
Автореферат разослан «____» апреля 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат технических наук, доцент М.О. Жакевич
1
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Жилой фонд городов в основном представлен типовыми многоэтажными зданиями (зданиями массовой застройки). Для отопления и горячего водоснабжения этих зданий наиболее часто используются центральные системы теплоснабжения с расчетными температурами теплоносителя 150°С – 70°С. На практике данный температурный график редко выполняется. Зачастую при низких температурах наружного воздуха потребителю подается теплоноситель с пониженной температурой. В современных системах теплоснабжения вместо расчетной температуры теплоносителя 150°С нагрев сетевой воды производится только до 120°С…130°С, а то и меньше. Данный факт называется “температурным срезом”.
При снижении температуры теплоносителя происходит понижение температуры внутреннего воздуха в помещениях. При отсутствии мер по поддержанию комфортных метеорологических параметров в помещениях температура внутреннего воздуха снижается. Темп снижения будет зависеть только от аккумулирующей способности помещений. При этом надо учитывать, что понижение температуры внутреннего воздуха в жилых помещениях до 10…12°С является показателем критического теплового состояния здания, так как при этом температурные условия помещения становятся крайне неблагоприятными для человека и создаются аварийные условия работы инженерного оборудования. Дальнейшее понижение температуры в жилых помещениях вплоть до нуля градусов характеризует катастрофическое тепловое состояние здания, при котором невозможна работа инженерных систем. Аналогичная ситуация также может возникнуть в здании при продолжительном понижении температуры наружного воздуха ниже расчетной.
Из сказанного выше видно, что данная проблема требует глубокого изучения и разрешения. Особую актуальность она приобретает при недостаточно грамотном неквалифицированным обслуживании систем теплообеспечения с учетом реального износа тепловых сетей и источников теплоснабжения.
Работа выполнялась в Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете в период с 2000 по 2006 гг. и является составной частью комплексной научно-технической программы: “Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники”, подпрограмма 211.07, проекты “Разработка и обоснование вероятностных показателей нестационарных возмущений воздействий на тепловой режим реконструируемых зданий” и “Повышение энергоэкономической эффективности реконструируемых зданий массовой застройки на основе совершенствования методов их эксплуатации” (№ Г.Р. 01200107235).
Целью работы является научное обоснование, разработка и апробация на практике методики расчета теплового режима помещений гражданских зданий в период нерасчетных похолоданий наружного воздуха и вынужденных
2
“срезов” температуры в магистралях систем централизованного теплоснабжения с выявлением параметров гидравлической и эксплуатационной надежности систем.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
- Уточнить физико-математическую модель охлаждения помещений в периоды нерасчетных похолоданий наружного воздуха и вынужденных “температурных срезов” в системах централизованного теплоснабжения.
- Выявить и обосновать особенности методики расчета температурного режима в помещениях гражданских зданий в периоды нерасчетных похолоданий и вынужденных “температурных срезов” в системах централизованного теплоснабжения.
- Разработать методику расчета гидравлической и тепловой надежности наружных тепловых сетей в периоды нерасчетных похолоданий и вынужденных “температурных срезов” в системах централизованного теплоснабжения гражданских зданий.
- Экспериментально и в натурных условиях подтвердить методику расчета теплового режима в помещении гражданских зданий в периоды нерасчетных похолоданий и вынужденных “температурных срезов”.
- Обеспечить и разработать перспективные мероприятия по реконструкции и повышению эксплуатационной надежности системы централизованного теплоснабжения в периоды нерасчетных похолоданий и “температурных срезов” для поддержания допустимого теплового режима в зданиях массовой застройки.
Научная новизна работы заключается: в обосновании уточненной математической модели охлаждения помещений в периоды “температурных срезов” и нерасчетных похолоданий; в определении допустимой продолжительности похолоданий в период “температурных срезов”; в разработке методики расчета гидравлической и тепловой надежности наружных тепловых сетей в периоды “температурных срезов” и нерасчетных похолоданий наружного воздуха.
Практическое значение работы представляют:
- Расчетные количественные характеристики охлаждения и нагревания помещений в периоды “температурных срезов” и нерасчетных похолоданий наружного воздуха.
- Методика определения допустимой продолжительности периодов “температурных срезов”.
- Количественные характеристики гидравлической и тепловой надежности тепловых сетей в периоды “температурных срезов” и нерасчетных похолоданий наружного воздуха.
- Расчет теплового ввода в зданиях массового строительства в данные периоды.
- Критерии надежности систем теплообеспечения зданий рассматриваемых периодов.
3
Реализация результатов исследований, предназначенных для практики реконструкции, эксплуатации, наладки и управления систем теплоподачи, переданы для использования в ОАО “Теплоэнерго” города Нижнего Новгорода.
Апробация работы. Основные результаты докладывались на ежегодных научных международных конференциях “Качество внутреннего воздуха и окружающей среды” (г. Волгоград, 2003г.); “Архитектура и строительство” (ННГАСУ, 2003г.); IX Нижегородской сессии молодых ученых (г.Н.Новгород, 2004г.); Приволжский федеральный округ в начале XXI в.: экономические, социально-политические, нравственные, правовые, экономические проблемы (г.Н.Новгород, 2004г.); Всероссийской научно-практической конференции “Энергосберегающие технологии, оборудование и материалы при строительстве объектов в Западной Сибири” (г.Тюмень, 2005г.); Международном научно-промышленном форуме “Великие реки – 2005” (г.Н.Новгород, 2005г.); Международном научно-промышленном форуме “Великие реки – 2006” (г.Н.Новгород, 2006г.).
На защиту выносятся следующие научные результаты:
- Методика расчета теплового режима помещения в периоды “температурных срезов” и нерасчетных похолоданий наружного воздуха в системах центрального теплоснабжения.
- Методика расчета гидравлической и тепловой устойчивости тепловых сетей в периоды “температурных срезов” и нерасчетных похолоданий.
- Инженерная методика расчета обеспеченности теплового режима в зданиях массовой застройки в период “температурных срезов”.
Публикации. Основные положения проведенной работы изложены в 14 научных публикациях, из них 2 в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы из 146 наименований. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста и включает 32 рисунка.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении рассматривается понятие “температурного среза”, некоторые причины возникновения и последствия данного явления, актуальность темы. Сформулированы цели и задачи исследований.
В первой главе приведен анализ видов регулирования различной тепловой нагрузки при централизованном теплоснабжении. Тепловая нагрузка потребителей не постоянна. Она изменяется в зависимости от метеорологических условий (температуры наружного воздуха, ветра, инсоляции), от режима расхода теплоносителя на горячее водоснабжение, технологию оборудования и от других факторов. Для обеспечения необходимым количеством теплоты абонентов осуществляют регулирование отпуска теплоты. Вопросами регулирования
4
отпуска теплоты занимались А.А. Ионин, Е.Я. Соколов, В.К. Дюскин, В.Е. Козин, С.Ф. Копьев, Умеркин Г.Х. и другие отечественные и зарубежные авторы.
При использовании воды в качестве теплоносителя можно применять три метода центрального регулирования: качественный, заключающийся в регулировании отпуска теплоты путем изменения температуры теплоносителя на входе в прибор при сохранении постоянным количества (расхода) теплоносителя, подаваемого в регулируемую установку; количественный, заключающийся в регулировании отпуска теплоты путем изменения расхода теплоносителя при постоянной температуре его на входе в регулируемую установку; качественно – количественный, заключающийся в регулировании отпуска теплоты путем одновременного изменения расхода и температуры теплоносителя.
Температурные отопительные графики качественного регулирования для Нижнего Новгорода при tн.о = -31°С, tв.р = 18°С, о1 = 150°С, о2 = 70°С, о3 = 105°С приведены на рисунке 1, количественного регулирования -на рисунках 2, 3, качественно-количественного регулирования - на рисунках 4, 5.
Рис. 1. Температурный график качественного Рис.2. График зависимости относительного регулирования отопительной нагрузки расхода теплоносителя от наружной
температуры воздуха при количественном
регулировании
Рис.3. График зависимости температуры Рис. 4. График зависимости относительного
обратной воды от наружной температуры расхода теплоносителя от наружной воздуха температуры воздуха при качественно–
количественном регулировании
5
Технологическая нагрузка в отличие от нагрузки на отопление весьма слабо зависит от наружной температуры. График регулирования представлен на рисунке 6.
Рис.5. График зависимости температуры Рис. 6. График зависимости температуры
теплоносителя от наружной температуры теплоносителя от наружной температуры
воздуха воздуха при технологической нагрузке
По условиям теплоснабжения отопительный период делится на три диапазона температур наружного воздуха (рис. 7).
Первый диапазон ограничивается температурой tнот, соответствующей началу и окончанию отопительного периода и температурой tн, соответствующей так называемой точке излома температурного графика. В этом диапазоне температура теплоносителя поддерживается на постоянном уровне не ниже 70°С и превышает требуемую для отопления. В результате в этот период происходит перетоп в этих домах и как следствие перерасход тепловой энергии.
Граница второго диапазона температур, в пределах которого осуществляется качественное регулирование отопительной нагрузки, определяется фактически обеспечиваемым нагревом сетевой воды до температуры не более 120°С, вместо расчетной 150°С. Такой температуре сетевой воды на графиках соответствуют температуры наружного воздуха tн, которые близки tнА, являющейся по классификации СНиП средней температурой наиболее холодного периода года. Характерной особенностью режима теплоснабжения в этом диапазоне является существенное влияние на него достоверности прогноза наружных температурных условий.
6
В третьем диапазоне температура теплоносителя постоянна и равна 120°С. Из-за понижения температуры теплоносителя ниже расчетной наблюдается недоподача теплоты в здания. Данная недоподача ведет к снижению температуры внутреннего воздуха и соответственно надежности работы систем теплообеспечения здания. Данный период подачи теплоты практически не изучен. Поэтому данная работа направлена на изучение последствий от “температурного среза” (занижение температуры теплоносителя ниже расчетной в третьем диапазоне температурного графика) и мер, необходимых для недопущения негативных последствий.
Вторая глава посвящена созданию уточненной математической модели охлаждения помещения в период “температурных срезов”.
На рисунке 8 изображены зоны, определяющие заданные температурные условия обогреваемых помещений. Одной из задач исследования является поддержание теплового режима помещения в период “температурных срезов” в пределах II и III зоны. Понижение температуры за пределы III зоны недопустимо по гигиеническим условиям и по причине создания аварийных ситуаций при работе систем водоснабжения и водоотведения, вызывающих угрозу полного отказа этих систем.
Далее анализируется процесс охлаждения помещения при периодических (рис. 9, 10)и разовых воздействиях (рис. 11). Данный анализ основывается на теории теплоустойчивости и теплоусвоения, которая в настоящее время сформулирована в трудах О.Е. Власова, А.М. Шкловера, Л.А. Семенова, К.Ф. Фокина, В.Н. Богословского, Ю.В Кононовича. При анализе учтены влияния изменения теплового состояния ограждающих конструкций, отопительных устройств и предметов обстановки с учетом энергетической взаимосвязи этих элементов помещения, а понижение температуры помещения обусловливается их теплоаккумулирующей способностью.
Если периодические теплопоступления будут иметь П-образный (периодический) характер (рис. 9), то показанные на рисунке 10 отклонения температуры внутреннего воздуха от значения tв0, соответствующего среднесуточной теплоподаче Q0, определяются следующим образом:
7
, (1)
, (2)
, (3)
где – коэффициент, компенсирующий погрешность расчета вследствие замены векторной величины Y0 ее модулем, принимается равным 0,85; Qmax – теплоподача в помещение, Вт; F0 – поверхность всех ограждений помещения по внутреннему обмеру; Y0 – усредненный (по площади) коэффициент теплоусвоения внутренних поверхностей ограждений помещения, Вт/(м2°С); 
– коэффициент, характеризующий особенности конвективно-лучистого теплообмена в помещении; – поправочный коэффициент, учитывающий теплопоглощение мебелью и воздухом помещения, принимается равным 0,8. – коэффициент прерывистости; q0 – количество теплоты, которое теряет помещение при повышении температуры внутреннего воздуха на 1°С в условиях стационарного теплового режима, Вт/°С.
Рис. 9. Схема периодического отопления Рис. 10. Изменения температуры воздуха при
П-образной теплоотдаче в помещение
При разовых воздействиях в период охлаждения изменение температуры воздуха в конечном виде равно
. (4)
Если теплоемкость нагревательного прибора мала, чему соответствует большая величина темпа охлаждения или нагревания прибора m, формула (4) принимает частный вид:
в(z) = 01e-z/. (5)
В приведенных формулах избыточная температура внутреннего воздуха определяется относительно условной температурой наружного воздуха:
tн.усл = tн + Qт/Qуд = tн + т, (6)
8
где Qт – постоянные теплопоступления в помещение во время его охлаждения, например, от бытовых источников, людей, части отопительного устройства (когда оно отключено не полностью) и тому подобные, Вт.
Рис. 11. Расчетное изменение температуры воздуха при нарушении режима отопления:
1 – после восстановления первоначального режима теплоподачи; 2 – при натопе
Исходя из (5) и учитывая (6), получена зависимость для определения времени остывания здания до критической температуры z, ч
, (7)
где kt – коэффициент, зависящий от принятого способа обогрева и положения помещения в здании; tв0 – температура внутреннего воздуха до нарушения теплоснабжения, °С; tн – температура наружного воздуха при нарушении теплоснабжения, °С; tвк – температура внутреннего воздуха, до которой она понизится через z часов (критическая температура), °С.
Значение, ч определяется по формуле
. (8)
где kt – безразмерный коэффициент; i – толщина i-того слоя материала, м; i – плотность i-того слоя материала, кг/м3; ci – теплоемкость i-того слоя материала, Вт/кг°С; Fi – площадь i-того слоя материала, м2; kj – коэффициент теплопередачи j-того наружного ограждения, Вт/м2°С; Fj – площадь j-того наружного ограждения, м2; L – расход инфильтрационного воздуха, м3/ч; вз – плотность инфильтрующегося воздуха, кг/м3; cвз – теплоемкость инфильтрующегося воздуха, Вт/кг°С.
В качестве примера для Нижнего Новгорода в таблице 1 приведены значения показателя теплоустойчивости помещения, полученные в
9
предположении соответствия фактических теплозащитных свойств наружных ограждений проектным.
Главной особенностью теплового режима помещения при “температурном срезе” является постоянная теплоподача Q. Очевидно, что для поддержания комфортных условий жизнедеятельности человека данная теплоподача будет недостаточна. Нами был введен коэффициент количества требуемой теплоты, который характеризует отношение требуемого количества теплоты к тому, которое подается в период “температурных срезов”. Обозначим требуемую тепловую мощность системы отопления в периоды “температурных срезов” и вынужденных похолоданий Qтр, °С. Тогда
Qтр = Q, (9)
где – коэффициент количества требуемой теплоты.
Т а б л и ц а 1
Тепловые характеристики помещений эксплуатируемых зданий массовой застройки во II строительно-климатическом районе
| Материал наружных стен (серия типового проекта) | Расположение помещения в здании* | Cогр 10 – 2, кДж/°С | Qуд, Вт/°С | к, ч |
| Кирпич (II-49,9 этажей) | 1 | 123,6 | 29,6 | 116 |
| 2 | 122,2 | 41,5 | 81,8 | |
| 3 | 129 | 52,4 | 68,4 | |
| Керамзитобетон (I-514, 9 этажей) | 1 | 99,7 | 31,8 | 87 |
| 2 | 113,9 | 39,1 | 80,9 | |
| 3 | 114,3 | 48,7 | 65,2 | |
| Трехслойная панель с эффективным утеплителем (К-7, 5 этажей) | 1 | 73,6 | 29,3 | 69,7 |
| 2 | 81,4 | 40,6 | 55,6 | |
| 3 | 102,6 | 53,5 | 53 | |
| *Среднее (1); угловое (2) на промежуточном этаже; угловое верхнего этажа (3). | ||||
Без увеличения теплоподачи изменение теплового режима помещения характеризуется следующими особенностями. За время 0 z z (рис. 12) температура наружного воздуха, находившаяся до этого на постоянном уроне tн.о, сначала понижается с темпом В, а затем (при z > z) повышается темпом Е. Нами обоснована замена кривой графика понижения температуры наружного воздуха на прямую. При этом погрешность составит не более 5%. При понижении и повышении температуры наружного воздуха теплоподача Q в помещение системой отопления остается неизменной, равной той, которая была необходима для поддержания внутренней температуры tв.о при наружной температуре tн.о. Это вызывает понижение температуры внутреннего воздуха.
10
С учетом того, что при z = 0 tв = tв.о, получим решение уравнения теплового баланса в период похолодания в виде
tв(z z) = tво – Bz + B(1 – e – z/) + tно(1-)(1 – e – z/) + tво(1-)e – z. (10)
Из данного выражения рассчитана величина :
, (11)
где tв – требуемая температура внутреннего воздуха, °С.
Начальные условия в период потепления: при z = z, tв = tв(z). Решение уравнения теплового баланса приведено в [1, 6, 7] и в конечном виде имеет вид
. (12)
Рис. 12. Изменение температуры внутреннего воздуха (1) при понижении температуры наружного воздуха (2) и неизменной теплоподаче в помещение Q
На самом деле теплотехнические свойства эксплуатируемых жилых зданий (с учетом изменения воздухообмена от режима теплоподачи при низких температурах наружного воздуха) можно оценить следующими показателями в зависимости от конструкции и материала наружных стен: трехслойная панель с эффективным утеплителем – 50; панель из керамзитобетона – 70; кирпичная кладка – 85 ч.
Значения для Нижнего Новгорода приведены в графическом виде на рисунке 13.
11
Рис. 13. Зависимость коэффициента количества требуемой теплоты от
времени z для города Нижнего Новгорода: 1 – = 50 ч; 2 – = 70 ч; 3 – = 85 ч
Недоподачу теплоты Q, Вт в момент z можно определить по зависимости:
Q = ( – 1)Q. (13)
В третьей главе рассмотрена тепловая и гидравлическая надежность тепловой сети в периоды “температурных срезов” и нерасчетных похолоданий.
Основные понятия надежности систем теплоподачи были позаимствованы из теории надежности. Основные понятия надежностей тепловых сетей раскрыли в своих работах Н.К. Громов, А.А. Ионин, В.Н. Братенков, Ю.В. Кононович, В.Е. Константинова, А.И. Юфа и другие исследователи.
Основные понятия, определяющие тепловую надежность системы, – это гидравлическая и тепловая устойчивость системы.
Рассмотрим работу нерегулируемого водоструйного элеватора в период “температурных срезов”, который устанавливается в типовых зданиях массового строительства. Для этого используем методику подбора и расчета элеватора, разработанную профессором П.Н. Каменевым.
Коэффициент смешения элеватора u при “температурных срезах” остается постоянным. Поэтому в период “температурных срезов” расходы теплоносителя составят
Gотср = Gот; Gт.сср = Gт.с; G0ср = G0. (14)
Потери давления в системе отопления в период “температурных срезов”
. (15)
Так как изменение плотности теплоносителя (воды) незначительно, то можно пренебречь этим изменением. Рассчитываем, какое давление сможет при “температурном срезе” развить элеватор.
12
Скорость подсасываемого потока в начале смесительной камеры при “температурном срезе”
. (16)
Скорость в горловине элеватора при “температурном срезе”
. (17)
Определим при “температурных срезах” действительную осредненную скорость смешиваемых потоков
. (18)
Тогда давление, развиваемое элеватором, составит
. (19)
В итоге мы получим, что давление, развиваемое элеватором, увеличится в 2 раз.
. (20)
Очевидно, что этого давления будет достаточно для циркуляции воды в системе отопления. Из этого можно сделать вывод, что при “срезах” не нужно менять элеватор.
Однако возрастут потери давления в сопле элеватора в 2 раз. Для бесшумной работы потери давления в сопле должно быть согласно не более 0,3 МПа. В случае невыполнения данного условия необходимо заменить сопло элеватора. Это делает неудобным для эксплуатации элеватор с нерегулируемым соплом, так как период “срезов” за отопительный период может наблюдаться несколько раз. Для устранения данного неудобства необходимо заменить существующий элеватор на элеватор с регулируемым соплом или двухсопловой элеватор.Согласно СНиП скорость движения теплоносителя в системе отопления жилого здания по акустическим данным не должна превышать 1,5 м/с. Обычно по расчету (при расчетном расходе теплоносителя) в системе отопления здания скорость движения теплоносителя получается в пределах 0,8 – 1,0 м/с. При “температурных срезах” данная скорость возрастет в раз и зачастую она будет превышать допустимую по акустическим требованиям.
Располагаемое давление абонента, присоединенного через элеватор при “температурных срезах” 
, Па, составит:
, (21)
где 
– потери давления в сопле элеватора в период “температурных срезов”, Па.
Для снижения недоподачи теплоты в помещение в период “температурных срезов” следует применять в тепловых сетях не качественное, а количественное регулирование. При проведении данного регулирования в тепловой сети
13
необходимо увеличить расход теплоносителя. Для определения необходимого количества теплоносителя Gср, кг/ч используем зависимость
Gср = Gрас, (22)
где Gрас – расчетное количество теплоносителя (по графику 150°С – 70°С), кг/ч.
Существуют два пути пропуска данного количества теплоносителя по тепловым сетям.
- Увеличить давление в тепловой сети.
- Увеличить диаметр трубопроводов тепловой сети для повышения пропускной способности при понижении температуры сетевой воды.
При увеличении давления в период “температурных срезов” потери давления в тепловой сети составят
Rср = AвR2G2рас/d5,25, (23)
где AвR – постоянный коэффициент, м3,25/кг; d – расчетный диаметр трубопровода (при графике 150°С – 70°С), м.
Для г. Н. Новгорода в условиях “температурного среза” гидравлическое сопротивление тепловых сетей увеличится с учетом зависимостей по рисунку 13 в 2,01 раза.
Скорость движения воды по трубам ср, м/с составит:
ср = Gрас/(900dрас2), (24)
Пьезометрический график в этом случае приведен на рисунке 14.
При увеличении диаметра тепловой сети считаем, что гидравлическое сопротивление тепловой сети не изменится при “температурном срезе”.
, (25)
где 
– потери давления в подающем трубопроводе тепловой сети при “срезах”, Па; 
– расчетные потери давления в подающем трубопроводе тепловой сети, Па; 
– потери давления в обратном трубопроводе тепловой сети в период “срезов”, Па; 
– расчетные потери давления в обратном трубопроводе
тепловой сети, Па.
14
Тогда необходимый диаметр трубопровода тепловой сети при “температурном срезе” можно определить по зависимости
dср = Aвd0,38Gрас0,38/R0,19, (26)
где Aвd – постоянный коэффициент, м0,62/кг0,19; R – линейные потери в трубопроводах тепловой сети, Па/м.
Для г. Н. Новгорода в условиях “среза” диаметр трубопроводов тепловых сетей увеличится в 1,14 раза, т.е необходимо увеличить диаметр, как правило, на один калибр. Рассмотрим пьезометрический график в этом случае (рис. 15).
В случае подключения абонента через элеватор или смесительный насос необходимое располагаемое давление абонента в период качественного регулирования 
будет равно расчетному 
.Линейные потери давления в подающем и обратном трубопроводе в данный период уменьшатся и составят
R = AвRGрас1,62R0,19/(Aвd0,38). (27)
В случае подключения абонента через элеватор или смесительный насос и применения для снижения давления шайбы располагаемое давление абонента в период качественного регулирования 
, Па составит
. (28)
В случае подключения абонента через элеватор или смесительный насос необходимое располагаемое давление абонента при “температурных срезах” 
, Па составит
, (29)
где 
– расчетное располагаемое давление абонента, Па.
В случае подключения абонента через элеватор или смесительный насос и применения шайбы для снижения давления располагаемое давление абонента при “температурных срезах” 
, Па составит
, (30)
15
где 
– расчетные потери давления в шайбе, Па.
Полученные зависимости позволяют полностью рассчитать гидравлический режим тепловой сети в любой период эксплуатации.
При использовании многоскоростного центробежного насоса необходимо определить параметры работы его при “температурных срезах” по имеющимся гидравлическим зависимостям.
Для системы теплообеспечения главной целью функционирования является гарантированное выдерживание заданных тепловых условий в обслуживаемых зданиях. Выполнение этого требования и является обобщенным критерием оценки эффективности системы. Показателями эффективности являются отдельные составляющие комплексных свойств надежности и технического совершенства объектов.
Относительная резервная теплоподача в помещение равна
, (31)
где Qо.рез – величина резервной теплоподачи, Вт; Qо – расчетная отопительная нагрузка, Вт; tвз(zвос) – заданное понижение внутреннего воздуха к моменту времени zвос, °С; 
(zвос) – относительная внутренняя температура воздуха к моменту времени zвос.
(zвос) = в(zвос)/в.о, (32)
где в(zвос) – избыточная температура внутреннего воздуха в момент времени zвос, °С; в.о – начальная избыточная температура внутреннего воздуха, °С.
Рис. 16. Относительная резервная теплоподача, обеспечивающая понижение температуры воздуха в помещениях до 16, 14, 12, 10°С при tнБ = -26°С при использовании металлических приборов ( – ), греющей панели в перекрытии ( – – – )
Результаты расчета по формуле (31) для эталонного помещения приведены на рисунке 16, где величина представлена в зависимости от безразмерной
16
величины 
, представлена в зависимости от безразмерной величины zвос/ и способа обогрева зданий.
В четвертой главе приведена методика расчета обеспечения необходимого теплового режима в зданиях массовой застройки в период “температурных срезов”.
Расчет производится в следующей последовательности:
- Выбираются исходные климатические данные (продолжительность и интенсивность похолодания) по конкретному местоположению объекта.
- Определяется показатель теплоустойчивости, ч здания
Значение, ч определяется по формуле (8)
- Определяем коэффициент количества требуемой теплоты по формулам (11), (12)
- Определяем требуемое давление Р2, Па и расход в тепловой сети G2, кг/ч по формулам:
Р2 = 2Раб + Рт.с., (33)
где Раб – потери давления у абонента до “среза”, Па; Рт.с. – потери давления в тепловой сети при “срезе”, Па.
G2 = G1, (34)
где G1 – расход сетевой воды до “среза”, кг/ч.
- При установке многоскоростного насоса определяем требуемую частоту вращения электродвигателя n2, об/мин согласно формуле
n2 = n1. (35)
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
- Разработанная уточненная физико-математическая модель охлаждения помещения в период нерасчетных похолоданий и вынужденных “ температурных срезах” позволила обосновать динамику формирования теплового режима в помещении гражданских зданий и выявить количественные критерии надежности теплообеспечения.
- На основе классической теории теплоустойчивости помещений выявлены особенности динамики процессов их охлаждения и нагревания при периодическом и разовом нерасчетном снижении температуры наружного воздуха, в том числе определен темп охлаждения и нагревания отопительных приборов и отопительных панелей. Обоснована и получена качественная и количественная взаимосвязь - время охлаждения помещения до критической температуры с параметрами теплоустойчивости, конструктивными и объемно-планировочными решениями здания (зависимости 7 и 8).
- Полученная зависимость коэффициента количества требуемой теплоты в зависимости от продолжительности периода “температурных срезов” позволяет определить необходимое количество теплоты для недопущения
17
понижения температуры воздуха в помещении до критического уровня (зависимости 11, 12, 13), для г. Нижнего Новгорода, для зданий массовой застройки с керамзитобетонными наружными ограждениями с = 70 ч = 1,45, т.е требуется в период “температурных срезов” при похолодании наружного воздуха до - 30°С дополнительная подача 45% теплоты для поддержания необходимых параметров внутреннего воздуха.
- Инженерная методика расчета работы элеваторного ввода в здании, гидравлической надежности тепловых сетей в зависимости от продолжительности периода “срезов” при постоянной подаче теплоты в период “температурных срезов”, позволила определить необходимые перепады давления в тепловых сетях в данный период. Для г. Н.Новгорода при = 1,45 давление в тепловой сети в период “температурных срезов” необходимо увеличить в 2,01 раза.
- Разработанная инженерная методика позволяет определить показатели теплоустойчивости здания в период нерасчетных похолоданий и вынужденных “температурных срезов” в системах центрального теплоснабжения, коэффициент требуемого количества теплоты, допустимое время продолжительности “температурных срезов” и изменение гидравлического режима систем теплоснабжения зданий в зависимости от эксплуатационных параметров “температурных срезов”. При длительном похолодании (более 2 – 3 суток) в период “температурных срезов” обязательно необходима дополнительная теплоподача в помещение.
- Разработанная и апробированная на практике методика по повышению теплообеспечения гражданских зданий массовой застройки в период нерасчетных похолоданий и вынужденных “температурных срезов” в системах централизованного теплоснабжения позволяет поддерживать в данный период требуемый температурный режим в зданиях. Данная методика передана для использования в ОАО “Теплоэнерго” г. Н.Новгорода.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- *Корягин, М.В. Методика расчета теплового режима зданий машиностроительного комплекса в период “температурных срезов” /М.В. Корягин// Конверсия в машиностроении. 2006 №5 – С.86 - 88.
- *Корягин, М.В. Методика расчета теплового режима зданий массовой застройки в период “температурных срезов” /Бодров В.И., Корягин М.В.// Известия высших учебных заведений. Строительство. 2007 №2 – С.42 - 46.
- Корягин, М.В. Тепловой режим здания в период нарушения теплоснабжения /М.В. Корягин// Строительство и архитектура: Сб. мат. науч. работ и дипломных проектов студентов и магистрантов вузов региона, отмеченных на всероссийских региональных конкурсах по разделу. Н.Новгород: ННГАСУ,2002 – С.78 - 84.
18
- Корягин, М.В. Факторы надежности систем теплоподачи в здание /М.В. Корягин// Технические науки: Сб. тр. аспирантов и магистрантов. Н.Новгород: ННГАСУ, 2003 – С.68 - 72.
- Корягин, М.В. Влияние температурных срезов на тепловой режим здания /М.В. Корягин// Архитектура и строительство 2003: Тез. докл. Часть 5: Исследование по рациональному использованию природных ресурсов и защите окружающей среды. Н.Новгород: ННГАСУ, 2004 – С.123 - 126.
- Корягин, М.В. Нестационарный тепловой режим в здании в условиях “срезов” /В.И. Бодров, Ю.П. Кононович, М.В. Корягин// Качество внутреннего воздуха и окружающей среды. Материалы II Международной научной конференции. Волгоград, 2003 – С.183 - 188.
- Корягин, М.В. Математическая модель охлаждения помещения при “температурных срезах” /М.В. Корягин// Технические науки: Сб. тез. докл. IX Нижегородской сессии молодых ученых. Н.Новгород: НИЦ, 2004 – С. 272 - 274.
- Корягин, М.В. Определение недоподачи теплоты при “температурных срезах” // Технические науки: Сб. тр. аспирантов и магистрантов. Н.Новгород: ННГАСУ, 2004 – С. 129 - 132.
- Корягин, М.В. Проблема теплоснабжения при использовании “температурных срезов” / М.В. Корягин// Приволжский федеральный округ в начале XXI в.: экономические, социально-политические, нравственные, правовые, экономические проблемы. Н.Новгород: НФ МНЭПУ, 2004 – С. 103 - 106.
- Корягин, М.В. Работа элеваторного ввода в типовом здании массового строительства при “срезах” /М.В. Корягин// Технические науки: Сб. тр. аспирантов и магистрантов. Н.Новгород: ННГАСУ, 2005 – С. 102 - 106.
- Корягин, М.В. Гидравлический режим тепловых сетей в период “температурного среза” / М.В. Корягин// Всероссийская научно-практическая конференция “Энергосберегающие технологии, оборудование и материалы при строительстве объектов в Западной Сибири” Сб. мат. конференции, Тюмень: “Экспресс”, 2005 – С. 65 - 68.
- Корягин, М.В. Обеспеченность теплоснабжением жилых домов массовой постройки при “температурных срезах” /М.В. Корягин// Международный научно-промышленный форум “Великие реки – 2005”. Тезисы докладов. Том 2. Н.Новгород: ННГАСУ, 2005 – С. 203.
- Корягин, М.В. Критерии эффективности работы систем теплообеспечения зданий / М.В. Корягин// Технические науки: Сб. тр. аспирантов и магистрантов. Н.Новгород: ННГАСУ, 2006 – С. 117 - 121.
- Корягин, М.В. Эксплуатация системы теплоснабжения в период “температурных срезов” /М.В. Корягин// Международный научно-промышленный форум “Великие реки – 2006”. Генеральные доклады. Тезисы докладов. Н.Новгород: ННГАСУ, 2006 – С. 166 - 167.
* - публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, выпускаемых в Российской Федерации, которые приведены в Перечне ВАК
19
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
tв – температура внутреннего воздуха, °С; tн – температура наружного воздуха, °С; – температура теплоносителя, °С; 
– относительная отопительная нагрузка; 
– относительный расход теплоносителя; в – избыточная температура внутреннего воздуха, °С; с – удельная теплоемкость, кДж/(кг°С); – плотность, кг/м3; Qпом – теплопотери помещения, Вт; Qуд – удельные теплопотери помещения, Вт/°С; Qпр – теплопередача нагревательного прибора, Вт; m – темп охлаждения нагревательного прибора, ч-1; Спом – количество аккумулированной теплоты помещением, кДж; – показатель теплоустойчивости помещения, ч; z – время, ч; z - время похолодания, ч; – коэффициент требуемого количества теплоты; B – темп понижения температуры наружного воздуха, °С/ч; E – темп повышения температуры наружного воздуха, °С/ч; P – потери давления, Па; G – количество теплоносителя, кг/ч; n – частота вращения электродвигателя сетевого насоса, об/мин; N – мощность электродвигателя сетевого насоса, кВт; 
– относительная резервная теплоподача в помещение; zвос – время восстановительных работ, ч
ИНДЕКСЫ НАДСТРОЧНЫЕ И ПОДСТРОЧНЫЕ
аб – абонент; в – внутренний; в0 – начальный внутренний; н – наружный; н0 – начальный наружный; о1 – сетевая вода перед отопительной установкой; о2 – сетевая вода после отопительной установки; о3 – сетевая вода после смесительной установки; рас – расчетный; ср – срез; т.с – тепловая сеть; усл – условный.
Подписано в печать __________________________Формат 60 х 90 1/16.
Бумага газетная. Печать трафаретная. Объем 1 печ.л. Тираж 100 экз.
Заказ № ______
Отпечатано в полиграфическом центре Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета 603950, Нижний Новгород, Ильинская, 65
