книги из ГПНТБ / Кулоян, Л. Т. Тепло- и холодоснабжение в условиях теплого климата (на примере Армянской ССР)
.pdfл. т. кулоян
ТЕПЛО- И ХОЛОДОСНАБЖЕНИЕ Б
УСЛОВИЯХ ТЕПЛОГО КЛИМАТА
(на примере Армянской ССР)
ИЗДАТЕЛЬСТВО «АИАСТАН»
ЕРЕВАН — 1973
К южным районам нашей страны принадлежит также и Закавказский экономический район, в том числе Армянская ССР. В связи с претворением в жизнь решения Совета Ми нистров о сохранении озера Севан на возможно высокой от метке, растущие в огромных масштабах потребности в элек трической энергии покрываются в основном уже тепловыми электростанциями республики.
Резкий рост потребления топлива для энергетики и для других отраслей народного хозяйства в условиях резко огра ниченных собственных энергоресурсов является наиболее важной особенностью развития экономики Армении. Из стра ны классической гидроэнергетики она фактически перешла на рельсы теплоэнергетики. Все это, естественно, вызвало боль шой интерес к вопросам развития теплоэнергетики, разра боткой которых для конкретных условий Армянской ССР и Закавказского экономического района, вообще, занимается значительное количество научных работников и инженероз в Ереванско политехническом институте, в Армянском НИИ энергетики и в ряде других научных организаций. Исследо вания в области теплоэнергетики получили значительное развитие в Узбекской, Грузинской и других южных республи ках. Все эти исследования опираются на советскую школу теплоэнергетиков, занимающей передовые позициии в мировой энергетической науке.
Предлагаемая вниманию читателей книга задумана как первый опыт монографического изложения важных резуль татов этих разработок. Одна из ее основных задач— уточнит^ и систематизировать наши знания о влиянии природно-эконо мической характеристики среды на потребление тепла и холо да, на выбор энергоресурсов, на развитие и оптимизацию теп ло- и холодоснабжения и т. п. В практическом аспекте эти исследования и разработки направлены на повышение эф фективности использования топлива и тепла, на рациональ ную концентрацию и централизацию тепло- и холодоснабже ния, что в соответствии с директивами XXIV съезда КПСС по плану развития народного хозяйства на 1971 —1975 гг. яв ляется одним из основных путей совершенствования энерге тической базы страны.
При написании книги в основном использованы материа лы исследований, выполненных в Ереванском политехничес ком институте (ЕрПИ) автором и его сотрудниками.
В этих целях также использованы результаты соответ ствующих научных разработок других исследователей (Арм НИИЭ, МЭИ и т. д.). Рассмотрение большого количества взаимосвязанных вопросов, отражающих многие стороны раз вития теплоэнергетики южных районов страны, связано, ко нечно, с большими трудностями. Поэтому не все главы и па-
4
раграфы излагаются с достаточной глубиной; некоторые воп росы обсуждаются в порядке поиска или постановки. Наряду с этим мнения автора по некоторым вопросам могут быть
спорными.
Автор с благодарностью примет все замечания (адрес— Ереван, ул. Теряна, 105, Политехнический институт). Он рас считывает, что ознакомление с его книгой даст возможность более тщательно и обоснованно рассматривать сложные воп росы развития энергетики, ясно представить, какие вопросы нуждаются в дальнейшем обсуждении и в глубокой разра ботке.
Р А З Д Е Л П Е Р В Ы Й
ТЕПЛОЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ. ВЫБОР И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОПЛИВНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ
В УСЛОВИЯХ ТЕПЛОГО КЛИМАТА
Г Л А В А I
ТЕПЛОЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ
ВУСЛОВИЯХ ТЕПЛОГО КЛИМАТА
§1 — 1. Влияние природных и других местных факторов на теплопотребление
От природно-климатических условий зависят фактически все виды тепловых нагрузок и в первую очередь, очевидно, так называемая сезонная нагрузка: отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Как известно, по строительным нормам и правилам (СНиП 11—А. 6—62) климатические ус ловия учитываются разбивкой всей территории СССР на че тыре климатические района, каждый из которых в свою оче редь включает 3—4 подрайона. Такая разбивка носит в не котором смысле условный характер, что особенно относится к горным местностям южных республик, где значительное изменение температурных и других метеорологических фак торов по вертикали создает весьма пеструю картину естест венно-климатических условий. Но важным является то обсто ятельство, что климатическое районирование по СНиП про
ведено для строительства, |
т. |
е. применительно к |
а р х и т е к |
т у р н о - п л а н и р о в о ч н ы |
м |
решениям. Оно не |
может быть |
целесообразно использовано для изучения влияния климати ческих факторов на теплопотребление и, в частности, для оп ределения тепловых нагрузок. С точки зрения энергетики в целом было бы желательно, чтобы характеристики климатиче
ского |
районирования |
одновременно служили основой д л я |
||
э н е р г е т и ч е с к о г о |
р а й о н и р о в а н и я |
страны и отдель |
||
ных республик. |
|
|
|
|
Учитывая изложенное, характеристиками |
к л и м а т и ч е |
|||
с к о г о |
р а й о н и р о в а н ия |
могут быть рекомендованы, на |
||
пример, величины Кх |
или К* |
[Л. 1], причем: |
|
|
|
Кх = (U —-t'-3) Пот, град я, |
( 1 - 1 J |
||
|
|
|
|
(1- 2) |
6
где tB. |
tj(, |
t^-3 — соответственно внутренняя, наружно-рас |
|||||||
Пот |
|
|
четная и среднезимняя температуры воздуха; |
||||||
— число часов отопительного периода; |
|
||||||||
Kt |
— температурный |
коэффициент, |
характеризующий |
||||||
|
|
неравномерность отопительной нагрузки. |
|
||||||
Чем мягче климат, |
тем значение |
Kt |
обычно больше, но |
||||||
всегда |
Kt < l - |
Так, для |
городов |
Батуми, |
Кутаиси, |
Сумгаит, |
|||
Тбилиси и |
Кировабад, |
для |
которых |
t{J |
колеблется |
в преде |
|||
лах ОН---- 7°С, |
K t= 0,63 + 0,60, |
а для городов Новосибирска, |
Свердловска, Москвы и Ленинакана, для которых !£= —32---
23°С, Kt = 0,47 — 0,54. В соответствии с этими характеристи ками, например, территорию Армянской ССР можно разбить
на три климатические зоны (КЗ), |
для |
которых |
усредненные |
||
значения К* и соответственно Кх составляют: I |
КЗ — 2065 ч |
||||
и 69570 град-ч, |
II КЗ — 2520 ч и |
80340 град, |
ч |
и III КЗ — |
|
3055 ч и 110250 град ■ч. |
|
|
территории ко |
||
В Грузинской ССР, значительную часть |
|||||
торой омывает Черное море, пестрота |
естественно-климати |
||||
ческих условий |
имеет еще более |
выраженный |
характер. В |
связи с этим территория республики разбивается обычно на шесть климатических зон, причем в первых трех расчетная наружная температура воздуха колеблется в пределах: для отопительного периода от — 2 до — 9°С, для летнего конди ционирования— от 31 до 33,5°С, а в IV -f- VI зонах соответ ственно — 13 - —20°С и 31 - 21°С [Л. 2].
Климат южных районов иногда характеризуют как «мяг кий», «теплый» или «жаркий». Или, говоря о южных райо нах, включают только города с наружной расчетной темпера турой не ниже —10°С. Не углубляясь в область климатологии, следует подчеркнуть, что для южных районов термин «мяг кий», видимо, больше подходит к приморским городам (по бережье Черного, Азовского и Каспийского морей), а «жар кий»— к равнинным городам Средней Азии и некоторым районам Кавказа. Значительная часть последних отличается весьма резким континентальным климатом как в годовом, так и суточном разрезе. Климат многих городов и населенных пунктов южных районов является как не «мягким», так и не «жарким», а просто «теплым» (Кавказ, южная Украина). Последний термин является более общим и им условно мож но характеризовать климат всех южных районов. Исключение составляют только населенные пункты высокогорных районов юга, отличающиеся сравнительно холодным климатом. К со жалению, рекомендуемые величины Кк и К* отражают толь ко климатические условия о т о п и т е л ь н о г о периода года,
в то время как для районов юга не менее важными являются климатические условия летнего о х л а д и т е л ь н о г о перио да (см. часть III).
Кроме этого, регламентированные значения внутренней расчетной температуры tB и особенно числа часов отопитель ного периода п 0г недостаточно отражают весь комплекс климатических факторов. Например, известно, что если ин фильтрация воздуха через ограждающие конструкции отли чается в зимний период значительной интенсивностью, рас четная температура воздуха внутри помещения t B= 18°С явно не обеспечивает минимальные условия комфорта. Снижение
среднесуточной |
температуры наружного |
воздуха, |
регламен |
|
тирующей |
начало и конец отопительного |
периода, |
от ранее |
|
принятой |
4-10° |
до +8°С (СНиП 11а 6-62) привело, конечно, |
||
к сокращению |
продолжительности отопительного |
периода. |
Такое снижение оказалось особенно резким и недопустимым
с точки зрения обеспечения удовлетворительного комфорта и самочувствия людей в районах весьма теплого климата, от личающихся длительным стоянием среднесуточных темпера тур в пределах от + 8 до +Ю°С. Для городов черноморского побережья Грузии сокращение отопительного периода состав ляет 35—40 дней, для Кутаиси— 30 дней и т. д. [Л. 3]. Види мо, в данном случае также СНиП не достаточно учитывают разнообразие климатических условий нашей обширной стра ны. Важным природным фактором является также р е л ь е ф местности (его можно характеризовать значением максималь ных H минимальных ВЫСОТ над уровнем моря Ишаке И„„н и их разностью), играющий двоякую роль.
Обычно для сравнительно ограниченных территорий кли матические условия тесно связаны с рельефом, и наличие кли матических зон и районов объясняется именно горным релье фом. Так, например, для наиболее холодной, III климатиче
ской зоны |
Армянской |
ССР |
h мин |
, Ьмакс — 1500 — 2000 м\ |
а |
наиболее |
жаркой (I |
К З)— |
Ьмин -4hMa,<c = 200 — 500 м |
и, |
|
частично, только 1000 |
1500 |
м. |
Таким образом, рельефные |
условия оказывают непосредственное влияние на теплопотребление и тепловые нагрузки.
С другой стороны, для данной конкретной населенной местности рельефные условия оказывают значительное влия
ние на условия и |
экономику т р а н с п о р т а тепла (см.- |
часть II, § 2—4). |
для перспективных расчетов, тепловые |
Часто, особенно |
нагрузки жилищно-коммунального сектора относят к о д н о м у
жителю, а в сфере материального производства— к количест венной единице продукции (или единице валовой продукции в денежном выражении). Выраженные таким образом тепло
вые нагрузки называются |
« у д е л ь н ыми » . Как расчетные |
Q£T, так и удельные q°* |
отопительные нагрузки легко пред |
ставить как функции климатических характеристик Кк и Кх (их и особенно Кк можно назвать также к л и м а т о л о г и ч е с к и м и к о э ф ф и ц и е н т а м и )
8
Q P = X o T v i ^ L |
q°vуд |
Лот V» |
К*_ |
к к а л я е л ч |
( 1 - 3 ) |
v om |
Kk |
||||
|
|
|
|
|
где Хот — отопительная характеристика здания, ккал/м3- |
чХ |
||
V |
Хград; |
|
|
— объем здания по наружному обмеру, лг3; |
на |
||
v' |
— удельная кубатура (кубатура жилых |
зданий |
|
|
одного жителя), м3/чел. |
|
|
После подстановки К — tB— tJJ выражения |
(1—3) пре |
вращаются в известные расчетные формулы. Смысл такой записи— иллюстрировать связь между тепловыми нагрузками и принятыми климатологическими коэффициентами.
Натурные исследования, изучение теплотехнических ха рактеристик большого количества типовых проектов жилых и общественных зданий показывают, что величина отопитель ной характеристики зависит также от внешних климатических условий.
Известные зависимости для определения величины хот имёют эмпирический характер. Обычно принимается, что с ростом абсолютных значений наружных (расчетных) темпе ратур и объема зданий хот должна уменьшаться. С точки зрения преследуемых нами целей отопительную характеристи ку целесообразно представить в виде.
(1 -4 )
Vе
Это выражение мало отличается от эмпирической форму лы ВТИ, [л. 4], где а' и с — коэффициенты, зависящие от кон струкции строительных ограждений и характера строительно планировочных решений;
ц' — поправочный коэффициент к некоторой усредненной отопительной характеристике х0, принятой за эталон (обычно при f£ = —30°С), он характеризует климатические условия
данного района и зависит от расчетной наружной температу ры tfP. Имеющиеся в литературе данные о величинах а', 1Г, с
явно недостаточны. Их можно уточнить и пополнить путем экспериментальных и натурных исследований, осуществляе мых в широких масштабах и в различных климатических районах.
Еще более сложна оценка величины хот для перспектив ных периодов и может иметь только ориентировочный харак тер. Если увеличение этажности значит и объемов зданий приводит к уменьшению значения х 0т, то индустриализация самого строительства действует обычно в обратном направ лении. В климатических условиях юга развитие индустриаль
9
ных методов строительства имеет тенденцию к более широко му использованию тонкостенных сборных конструкций. Од нако обычно при этом учитывается только зимний режим зда ния, в результате чего летом внутри здания часто создаются дискомфортные условия. Нарушение комфорта наблюдается и в тех случаях, когда не учитывается влияние постоянно дей ствующих сильных ветров. ,
Таким образом, применение новых материалов и ограж дающих конструкций, как и новых методов строительства к
планировки населенных пунктов может оказать значительное влияние на величину х0т . В этой связи вызывает недоумение, что в ряде случаев для оценки перспективного теплопотребления значения этой величины определяются по действующим типовым проектам здания.
В некоторых разработках предполагается, что даже в да лекой перспективе величину отопительной характеристики для данного климатического пояса и данной этажности можно принимать одинаковой независимо от климатического разно образия республики или края. Эти вопросы должны решаться на основе серьезных технико-экономических расчетов. Труд но, однако, предполагать, что при все увеличивающемся раз нообразии строительных материалов и конструкций послед ние даже в далекой перспективе будут использоваться неза висимо от климатических условий местности, исходя только из требований максимальной стандартизации.
Для южных районов страны особенно важным является обеспечение комфортных условий в летний период года. Не сомненно, развитие кондиционирования воздуха (КВ) и холодоснабжения вообще должно внести значительные коррективы в строительно-планировочную технику южных районов. Для этих районов не менее важным является также учет сейсмо стойкости, оказывающей значительное влияние на этажность и конструкцию здания. Поэтому определение величины хот для перспективных периодов требует серьезного научного под хода, учитывающего весь комплекс технико-экономических проблем. Оптимальная величина х 0т должна быть такой, что
бы необходимые комфортные условия были обеспечены в те чение всего года и при возможно минимальных расчетных затратах.
В последнее время делаются попытки найти более прием лемые выражения для отопительных характеристик, возмож но полнее учитывающих строительно-объемные и теплотехни ческие показатели зданий, как и климатические факторы сре ды. Так, в работе [Л. 5] предлагается величину хот предста
вить в виде суммы частных ее значений, отнесенных к стене, покрытию, полу и окнам. Учитывая, что здания обычно имеют
Ю
форму прямоугольной призмы, после ряда преобразовании получаем
где R ст* Rok, R hok, Rпoл соответственно термические сопро тивления стен, окон, покрытия и по ла, град, м.ч/ккал;
p-ф, р-г — коэффициенты остекления для фасадных и тор цевых стен;
Ф — поправочный температурный коэффициент для пола, учитывающий влияние последнего на раз ность температуры между наружным и внут ренним воздухом;
а
b , I и т) = —■соответственно ширина, число этажей и фак
тор длины здания (а — длина здания). Анализ величины х ог, рассчитанной по (I—5) для раз
личных типов зданий [Л. 5], показывает, что значительное влияние на нее оказывают остекление (увеличение значения И от 0,3 до 0,5 приводит к росту хот на 4 -% 15%), этажность (с ее увеличением хог' уменьшается и тем резче, чем больше значение ч) и т. д.
Примерно по такой же методике можно определить и величину так называемой охладительной характеристики зда ния у ох, считая ее равной количеству тепла, поступающего в 1 м3 здания по наружному обмеру в течение 1 часа при раз ности температур наружного и внутреннего воздуха в 1°С (подробно смИ § 3—12). Важно отметить, что разработанная методика дает возможность найти взаимосвязь между ото пительной и охладительной характеристиками зданий и раз работать единые мероприятия по снижению нагрузок охлаж дения и отопления. Расчеты показывают, что для современных типовых зданий значение охладительной характеристики мо жет оказаться в 1,5 — 7,5 раза больше значения отопительной характеристики.
Количественная оценка влияния инфильтрации на отопи тельную нагрузку в условиях теплого климата, в том числе в Закавказье, требует специального исследования. Такие иссле дования, учитывающие взаимосвязь тепло- и воздухообмен ных процессов, выполнены в Белоруссии [Л. 6 и др.] и в ряде других республик. Весьма вероятно, что коэффициент инфиль трации (отношение теплопотерь инфильтрацией к потерям че-