Як розраховуються теплові втрати

В процесі вибору теплоізоляційних матеріалів, конструкцій і виробів неминуче виникає ряд важливих питань, правильно відповісти на які можна, тільки виконавши відповідні розрахунки, тому як інші методи (метод аналогів і т.д.) далеко не у всіх випадках дають прийнятний результат. Простий приклад: в разі безканальної прокладки трубопроводів умовним проходом 200 мм одне тільки зміна характеристик грунту і глибини закладення може змінити мінімально можливу товщину теплової ізоляції на 40% при всіх інших рівних умовах. А значення теплових втрат при фіксованій товщині теплоізоляційного шару може зрости на 24%. Звідси випливає висновок, що навіть при незмінних параметрах трубопроводів і теплоносіїв потрібно виконувати індивідуальний розрахунок теплових втрат з урахуванням конкретних умов прокладки.

Загальні відомості про методику розрахунку теплових втрат

Метою, з якої проводиться розрахунок теплових втрат, є визначення фактичних втрат теплоенергії через теплоізоляцію трубопроводів водяних теплових мереж централізованого теплопостачання.

Розрахунок теплових втрат проводиться для всієї тепломережі, підключеної до загального джерела енергії. Розрахунок фактичних втрат теплової енергії з якихось окремих дільницях мережі не виконується.

Розрахунок теплових втрат передбачає наявність атестованих вузлів обліку теплової енергії як у споживачів теплової енергії, так і на джерелі теплової енергії. Кількість споживачів, що мають прилади обліку, має бути не менше 20% від сумарної кількості споживачів даної теплової мережі.

Прилади, з використанням яких буде виконуватися розрахунок теплових втрат опалювальних трубопроводів, повинні бути оснащені архівом з годинною і добовою реєстрацією значень. Глибина годинного архіву повинна бути не менше 720 годин, а добового - не менш 30 діб.

Основним при виконанні розрахунку теплових втрат опалювальних трубопроводів є часовий архів. Добовий архів застосовується в разі відсутності часових даних по яких-небудь причин.

Розрахунок фактичних теплових втрат виконується на підставі вимірів температури і витрати мережної води в трубопроводі, що подає у споживачів мережі, що мають прилади обліку, а також температури мережевої води на джерелі енергії. Розрахунок теплових втрат для споживачів без вимірювальних приладів виконується за дещо іншою методикою.

Споживачами та джерелами теплової енергії вважаються:

• в разі відсутності приладів обліку безпосередньо в будівлях: споживачі теплової енергії - індивідуальний або центральний тепловий пункти- джерела теплової енергії - котельні, теплоелектростанції і т.п .;
• в разі наявності облікових приладів безпосередньо в будівлях споживачами теплової енергії вважаються безпосередньо будівлі, а джерелами - центральні теплові пункти.

Для зручності виконання розрахунку втрат теплової енергії через теплоізоляцію подають трубопроводи розмежовуються на: основні трубопроводи і відгалуження від основних трубопроводів.

Під основним трубопроводом слід розуміти частину трубопроводу, що подає між джерелом теплової енергії і теплової камери, з якої йде відгалуження до споживачів теплової енергії.

Відгалуження від основних трубопроводів - це частини подають трубопроводів від відповідних теплових камер до споживачів теплової енергії.

Розрахунок фактичних теплових втрат виконується з використанням нормативних значень втрат, які визначаються за нормами втрат теплової енергії для мереж, теплоізоляція яких була виконана відповідно до норм проектування (норми слід уточнювати по проектній та виконавчій документації).

Підготовка до розрахунку

Перед тим як починати розрахунок теплових втрат потрібно:

• провести збір вихідних даних про розглянутої теплової мережі;
• скласти розрахункову схему теплової мережі, на якій вказуються умовний діаметр (умовний прохід), тип і довжина прокладки трубопроводів для всіх ділянок мережі;
• зібрати дані по підключеній навантаженні споживачів теплової мережі;
• встановити тип приладів обліку і наявність у них часових і добових архівів.

У разі відсутності централізованого збору даних облікових приладів виконується підготовка необхідних пристроїв для збору: переносного компютера або адаптера. На переносний компютер необхідно встановити спеціальну програму, яка поставляється в комплекті з приладом обліку. Дана програма призначена для зчитування часових і добових архівів з заданих теплолічильників.

З метою підвищення точності розрахунку теплових втрат переважно виконувати збір даних облікових приладів за певний часовий інтервал в неопалювальний сезон, коли витрата мережної води незначний, попередньо дізнавшись у теплопостачальної організації про заплановані відключення подачі теплової енергії, щоб даний час виключити з періоду збору показників приладів.

За допомогою проектної та виконавчої документації по розглянутій теплової мережі створюється таблиця всіх ділянок даної теплової мережі. Під ділянкою теплової мережі слід розуміти ділянку трубопроводу, який відрізняється від інших однією з наступних характеристик:

• умовним діаметром трубопроводу (умовним проходом трубопроводу);
• типом прокладки (підземна канальна, надземна, підземна безканальна);
• тепловою ізоляцією (матеріалом основного шару термоізоляційної конструкції);
• роком прокладки.

У відповідній таблиці додатково вказується довжина ділянки і найменування початкового та кінцевого вузлів розглянутої ділянки.

Грунтуючись на даних метеослужби, необхідно скласти таблицю середньомісячних температур грунту і зовнішнього повітря на різних глибинах прокладки трубопроводів, усереднених за 5 років. Середньорічні температури грунту і зовнішнього повітря визначаються як середнє арифметичне з середньомісячних значень за весь час експлуатації теплової мережі. Грунтуючись на затвердженому тепловому графіку відпуску теплової енергії, слід визначити середньомісячні температури мережевої води в зворотному і подає трубопроводах.

Для визначення середньомісячної температури мережевої води потрібно знати середньомісячну температуру зовнішнього повітря. Середньорічні температури мережевої води в зворотному і подає трубопроводах визначаються як середнє арифметичне з середньомісячних показників з урахуванням тривалості роботи теплової мережі по місяцях і за календарний рік. Грунтуючись на даних служби обліку теплоспоживання, які можна отримати в теплопостачальної організації, слід скласти таблицю, в якій для кожного споживача наводяться наступні дані:

• тип системи теплопостачання (закрита або відкрита);
• найменування споживачів теплової енергії;
• приєднана навантаження вентиляційної системи;
• приєднана навантаження опалювальної системи;
• значення приєднаної середнього навантаження системи гарячого водопостачання;
• глибина годинного і добового архівів;
• марка (найменування) приладів обліку;
• відсутність або наявність централізованого збору даних.

У разі наявності централізованого збору даних відповідно до результатів вимірювань слід вибрати період, за який буде виконуватися розрахунок теплових втрат. При цьому потрібно враховувати ряд чинників, а саме:

• з метою підвищення точності розрахунку теплових втрат найкраще вибирати період з найменшою витратою мережної води (як правило, це неопалювальний період);
• в зазначений період часу не повинно проводитися планових відключень споживачів від тепломережі;
• показники вимірювальних приладів збираються як мінімум за 30 календарних днів.

У разі відсутності централізованого збору даних потрібно протягом 3-5 днів зібрати добовий і вартовий архіви облікових приладів у споживачів теплоенергії та на джерелі теплоенергії, використовуючи для цього адаптер або переносний компютер з встановленим програмним забезпеченням для зчитування даних з використовуваного лічильника теплової енергії.

Щоб виконати розрахунок теплових втрат, потрібно мати наступні дані:

• температура мережної води в подавальних трубопроводах у споживачів;
• витрата мережної води в подавальних трубопроводах у споживачів;
• температура мережної води в зворотному і подає трубопроводах на джерелі теплоенергії;
• витрата мережної води в подавальних трубопроводах на джерелі теплоенергії;
• витрата підживлювальної води на джерелі енергії.

Порядок обробки вихідних даних приладів обліку

Головне завдання обробки даних облікових приладів полягає в перетворенні вихідних файлів, які зчитуються безпосередньо з теплових лічильників, в єдиний формат, який дозволяє проводити подальшу перевірку на достовірність (верифікацію) виміряних параметрів теплоспоживання та необхідні розрахунки.

Для теплових лічильників різних видів дані зчитуються в різних форматах і вимагають відповідних процедур обробки. Так, для одного типу теплолічильників у різних споживачів параметри, збережені в архіві, можуть вимагати використання різних коефіцієнтів приведення початкових даних до єдиних фізичним величинам. Різниця даних коефіцієнтів визначається характеристикою імпульсних входів обчислювача і діаметром перетворювача витрати. Зважаючи на це первісна обробка отриманих даних вимагає індивідуального підходу для файлів вихідних даних. Вартові і добові параметри теплоносія застосовуються для підтвердження достовірності вимірюваних значень. При виконанні даної процедури основну увагу необхідно звернути на такі показники:

• значення витрат і температур теплоносія не повинні виходити за фізично обгрунтовані кордону;
• добовий файл не повинен містити різких змін витрати теплоносія;
• зміна значення середньодобової температури носія в трубопроводі, що подає на джерелі теплової енергії має відповідати зміни середньодобової температури в прямому трубопроводі і споживачів;
• середньодобова температура теплоносія в трубопроводі, що подає у споживачів повинна бути не вище середньодобових значень температури в прямому трубопроводі на джерелі.

Відповідно до результатів верифікації вихідних даних облікових проборов слід скласти таблицю, в якій для всіх споживачів теплової енергії, що мають прилади обліку, і для джерела енергії наводиться той період часу, коли достовірність початкових даних не викликає сумнівів. На підставі цієї таблиці слід вибрати загальний період, протягом якого є достовірні дані зміни для всіх споживачів мережі і на джерелі теплоенергії (так званий період наявності даних).

На підставі годинного файлу даних, отриманого на джерелі теплоенергії, визначають кількість годин на періоді вимірювань, дані за які будуть використані для подальшої обробки. Перед тим як визначати період вимірювань, слід обчислити час, необхідне для заповнення всіх подаючих трубопроводів теплоносієм.

Умови для проведення розрахунку

Потрібно, щоб період вимірювань задовольняв ряду умов, а саме:

• значення середньої температури мережевої води в трубопроводі, що подає на джерелі теплоенергії за час до початку періоду вимірювань і значення середньої температури води в трубопроводі, що подає на джерелі теплоенергії за час в кінці вимірювань повинно відрізнятися не більше, ніж на 5 градусів;
• вимірювання повинні вестися безперервно протягом як мінімум 240 годин;
• період вимірювань повинен повністю утримуватися в періоді наявності даних.

Якщо подібний період не може бути вибраний через відсутність даних у одного або ж кількох споживачів, то дані приладів обліку таких споживачів в подальших розрахунках не використовуються.

Кількість споживачів, у яких є дані приладів обліку, має становити не менше 20% від сумарного числа споживачів даної теплової мережі. У разі зменшення кількості споживачів з обліковими приладами до менш 20% потрібно підібрати інший період для збору даних і знову виконати процедуру верифікації.

Для параметрів, отриманих на джерелі теплоенергії, потрібно визначити середню за період вимірювань температуру мережної води в трубопроводі, що подає і середню за період вимірювань температуру мережної води в зворотному трубопроводі.

Для вимірювального періоду потрібно визначити середню температуру повітря і середню температуру грунту на середній глибині закладення осі трубопроводів.

Методика розрахунку показників теплової ізоляції

Розрахунок мінімально допустимої товщини теплової ізоляції трубопроводів і обладнання виконується на підставі норм щільності теплового потоку, які зафіксовані в СНиП 41-30-2003. Алгоритм і розрахункові формули наведені в СП 41-103-2000. За допомогою цього ж документа можна розрахувати і фактичні теплові втрати.

Однак проблема полягає в тому, що в залежності від варіанту прокладки теплотраси кількість формул, які використовуються для розрахунків, складе від 8 до 23. Кількість же входять в них змінних і коефіцієнтів - від 20 до 29. Так що навіть при наявності у вас спеціальних знань і досвіду виконання розрахунку мінімально допустимої товщини теплової ізоляції (а так само і розрахунку фактичні теплових втрат) - це дуже трудомістка робота.

Методика розрахунку мінімально допустимої товщини теплової ізоляції

Мінімально допустима товщина теплоізоляції трубопроводів визначається максимально допустимими значеннями втрат теплоенергії для одиниці довжини трубопроводу. Ці норми регламентовані СНиП 41-03-2003.

Багатьох цікавить, що буде, якщо знехтувати нормами СНиП та допустити великі теплові втрати. Якщо не брати до уваги адміністративно-правовий аспект цього питання і розглянути виключно економічні наслідки, то справа буде складуться таким чином.

В останні роки має місце планомірне посилення підходу наглядових органів до розгляду і затвердження показників технологічно обумовлених теплових втрат при транспортуванні енергії. Тобто з кожним роком теплопостачальні організації можуть включати в тариф (і тим самим перекладати на плечі споживачів) все менші теплові втрати.

Відповідно до чинних нормативних документів втрати, які включаються в тариф, не можуть бути більше встановлених СНиП значень більш, ніж на певну величину, яка жорстко регламентується. Як правило, ця величина обмежується додатковими тепловтратами через опори трубопроводів і становить близько 15-20% від нормативних втрат.

Нормативи теплових втрат Сніпа від 2003 року приблизно на 26% менше, ніж нормативи Сніпа від 1988 року, і практично в 2,5 рази менше значень, встановлених нормами 1959 року. Стає ясно, що альбоми проектних рішень та інша проектна документація, складена до 2003 року, в основному не здатні забезпечити відповідності тепловтрат сучасним вимогам.

Таким чином, застосування застарілих (конкретно в цьому випадку - розроблених до 2003 року) проектних рішень або ж використання готових теплоізоляційних виробів без виконання розрахунків на відповідність їх вимогам СНиП здатне обернутися щорічними наднормативними втратами теплової енергії.

Методика розрахунку фактичних втрат теплової енергії через ізоляційний матеріал

Неможливо порівняти різні теплоізоляційні матеріали та вироби за співвідношенням їх ціни і якості, не визначивши заздалегідь, які будуть значення теплових втрат при їх застосуванні.

На діаграмі, представленої на зображенні 1, наведено співвідношення розрахункової щільності теплового потоку при використанні різноманітних теплоізоляційних матеріалів. При рівній товщині ізоляції теплової потік через неї для різних матеріалів відрізняється в багато разів. Методика [1] відповідає розрахунку, який запропонували Н.Н Арефєв і Л.І. Мунябін.

На цій діаграмі наведено тепловий потік для виробів з рівною товщиною теплоізоляційного матеріалу. Теоретично чим вище значення теплопровідності матеріалу, тим товщі має бути виготовлене з нього виріб. Однак в реальних умовах вироби, які мають велику теплопровідність, часто мають меншу товщину в порівнянні з виготовленими з більш ефективних матеріалів. Зважаючи на це на практиці фактичні тепловтрати через ізоляцію різних марок відрізняються ще більше, ніж на наведеної діаграмі.

Звідси висновок, відповідно до якого слід, що економічно обгрунтований вибір теплоізоляційних виробів і матеріалів можливий виключно на основі результатів розрахунку тепловтрат, які матимуть місце при застосуванні цих виробів і матеріалів.

Методик, відповідно до яких може бути виконаний розрахунок теплових втрат через ізоляцію, існує досить багато. Основна відмінність між ними полягає в методах обліку змін умов експлуатації тепломереж, перш за все - залежності між теплопровідністю і влагопоглощенієм теплоізоляційного матеріалу.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!