Тепловой баланс помещений. Расчёт баланса тепла помещений и определение тепловой мощности системы отопления
Тепловой баланс помещений [1, с.103-106]
Система отопления предназначена для создания в холодный период года в помещениях здания заданной температуры воздуха, соответствующей комфортным условиям и отвечающей требованиям технологического процесса. Тепловой режим в зависимости от назначения помещений может быть как постоянным, так и переменным.
Постоянный тепловой режим должен поддерживаться круглосуточно в течение всего отопительного периода в зданиях: жилых, производственных с непрерывным режимом работы, детских и лечебных учреждений, гостиниц, санаториев и т.д. теплообмен фурье отопление вентиляция
Переменный тепловой режим характерен для производственных зданий с одно- и двухсменной работой, а также для ряда общественных зданий (административные, торговые, учебные и т.п.) и зданий предприятий обслуживания населения. В помещениях этих зданий необходимые тепловые условия поддерживают только в рабочее время. В нерабочее время используют либо имеющуюся систему отопления, либо устраивают дежурное отопление, поддерживающее в помещении пониженную температуру воздуха. Если в рабочее время теплопоступления превышают потери теплоты, то устраивают только дежурное отопление.
Для решения вопроса о необходимости устройства и мощности системы отопления сопоставляют величины теплопотерь (расхода теплоты) и теплопоступления в расчётном режиме (при максимальном дефиците теплоты). Если теплопотери окажутся больше тепловыделений, то требуется отопление помещений.
Тепловая мощность системы отопления для компенсации теплонедостатка в помещении определяется из выражения:
где: Qсо – теплонедостаток, т.е. расчётная мощность системы отопления, Вт;
SQпот – суммарные тепловые потери помещениями, Вт;
SQпост – суммарные теплопоступления в помещения, Вт.
Если в здании (обычно производственном) SQпост>SQпот, то отапливать помещение не нужно, а теплоизбыток устраняется, например, работой приточной вентиляции.
В общем случае потери теплоты определяются следующим образом:
где: Qогр – теплопотери через наружные ограждающие конструкции, Вт;
Qи – теплопотери на нагревание инфильтрующегося воздуха, Вт;
Qмат – теплопотери на нагревание материалов и транспорта, поступающих в помещение, и имеющих температуру ниже температуры воздуха в помещении, Вт;
Qпроч – прочие неучтённые теплопотери, Вт.
Теплопоступления в помещение в общем случае определяются по формуле:
где: Qоб – теплопоступления от технологического оборудования, Вт;
Qмат – теплопоступления от материалов и транспорта, поступающих в помещение, и имеющих температуру выше температуры воздуха в помещении, Вт;
Qбыт – бытовые тепловыделения, Вт;
Qэл – теплопоступления от электрооборудования и освещения, Вт;
Qчел – теплопоступления от людей, Вт;
Qср – теплопоступления за счёт солнечной радиации, Вт;
Qпроч – прочие неучтённые теплопоступления, Вт.
Для помещений конкретных зданий выражения (3.2) и (3.3) упрощаются, так как не всегда имеются все виды теплопотерь и теплопоступлений, вошедших в эти выражения.
Так, для комнат и кухонь жилых зданий учитывают только теплопотери через ограждающие конструкции и потери, связанные с нагреванием инфильтрующегося воздуха, а также бытовые тепловыделения.
Определение тепловой мощности системы отопления [6, приложение 12]
В соответствии с требованиями приложения 12 [6] расчётная тепловая мощность, кВт, системы отопления должна определяться по формуле:
где: Q1 – расчётные тепловые потери здания, кВт, определяемые по формуле:
где: Qа — тепловой поток, кВт, через ограждающие конструкции;
Qв — потери теплоты, кВт, на нагревание инфильтрующегося воздуха.
Величины Qа и Qв рассчитываются для каждого отапливаемого помещения.
b1 – коэффициент учёта дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счёт округления сверх расчётной величины, принимаемый по таблице 1 приложения 12 [6];
b2 – коэффициент учёта дополнительных потерь теплоты отопительными приборами, расположенными у наружных ограждений при отсутствии теплозащитных экранов, принимаемый по таблице 2 приложения 12 [6];
Q2 – потери теплоты, кВт, трубопроводами, проходящими в не отапливаемых помещениях;
Q3 — тепловой поток, кВт, регулярно поступающий от освещения, оборудования и людей, который следует учитывать в целом на систему отопления здания. Для жилых домов величину следует учитывать из расчёта 0,01 кВт на 1м 2 общей площади.
Теплопотери через ограждающие конструкции [1, с.106-112]
Тепловой поток Qа, кВт, рассчитывается для каждого элемента ограждающей конструкции по формуле:
где: А – расчётная площадь ограждающей конструкции, м 2 .
| Рис. 4.1 |
| Рис. 4.2 |
Площади отдельных ограждений измеряются по планам и разрезам здания в соответствии с рис. 4.1 и 4.2.
Для подсчёта площадей ограждающих конструкций линейные размеры их принимаются с погрешностью до ±0,1 м, а величины площадей округляются с погрешностью ±0,1 м 2 . Потери теплоты через полы, расположенные на грунте или на лагах, из-за сложности точного решения задачи определяются на практике упрощённым методом – по зонам-полосам шириной 2 м, параллельным наружным стенам (см. рис. 4.2).
R – сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м 2 °С/Вт, которое определяется согласно требованиям СНиП II-3-79** (кроме полов на грунте). Для полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, сопротивление теплопередаче определяется согласно п.3 приложения 12 [6].
tв – расчётная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая согласно требованиям норм проектирования зданий различного назначения с учётом повышения её в зависимости от высоты помещения;
tн – расчётная температура наружного воздуха, °С, принимаемая по данным приложения 8 [6], или температура воздуха смежного помещения, если его температура более чем на 3°С отличается от температуры помещения, для которого рассчитываются теплопотери;
n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху и определяемый по СНиП II-3-79**;
b – добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, учитываемые:
а) для наружных вертикальных и наклонных ограждений, ориентированных на направления, откуда в январе дует ветер со скоростью, превышающей 4,5 м/с с повторяемостью не менее 15% (согласно СНиП 2.01.01.-82) в размере 0,05 при скорости ветра до 5 м/с и в размере 0,10 при скорости 5 м/с и более; при типовом проектировании добавочные потери следует учитывать в размере 0,10 для первого и второго этажей и 0,05 – для третьего этажа;
б) для наружных вертикальных и наклонных ограждений многоэтажных зданий в размере 0,20 для первого и второго этажей; 0,15 – для третьего; 0,10 – для четвёртого этажа зданий с числом этажей 16 и более; для 10-15-этажных зданий добавочные потери следует учитывать в размере 0,10 для первого и второго этажей и 0,05 – для третьего этажа.
Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха [1, с.112-114]
Потери тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха Qв, кВт, рассчитываются для каждого отапливаемого помещения, имеющего одно или большее количество окон или балконных дверей в наружных стенах, исходя из необходимости обеспечения подогрева отопительными приборами наружного воздуха в объёме однократного воздухообмена в час по формуле:
где: Ап – площадь пола помещения, м 2 ;
h – высота помещения от пола до потолка, м, но не более 3,5.
Потери тепла Qв, кВт, на нагревание наружного воздуха, проникающего во входные вестибюли (холлы) и лестничные клетки через открывающиеся в холодное время года наружные двери при отсутствии воздушно-тепловых завес следует рассчитывать по формуле:
где: Н – высота здания, м;
P – количество людей, находящихся в здании;
B – коэффициент, учитывающий количество входных тамбуров. При одном тамбуре (две двери) B=1,0, при двух тамбурах (три двери) B=0,6.
Потери тепла Q2, кВт, трубопроводами, проходящими в не отапливаемых помещениях, следует определять по формуле:
Qв=Sql×10 -3 , (3.9)
где: l – длины участков теплоизолированных трубопроводов различных диаметров, прокладываемых в не отапливаемых помещениях, м;
q – нормированная линейная плотность теплового потока теплоизолированного трубопровода, принимаемая по п. 3.23 [6].
Тепловой баланс помещений. Расчёт баланса тепла помещений и определение тепловой мощности системы отопления
Тепловой баланс помещений [1, с.103-106]
Система отопления предназначена для создания в холодный период года в помещениях здания заданной температуры воздуха, соответствующей комфортным условиям и отвечающей требованиям технологического процесса. Тепловой режим в зависимости от назначения помещений может быть как постоянным, так и переменным.
Постоянный тепловой режим должен поддерживаться круглосуточно в течение всего отопительного периода в зданиях: жилых, производственных с непрерывным режимом работы, детских и лечебных учреждений, гостиниц, санаториев и т.д. теплообмен фурье отопление вентиляция
Переменный тепловой режим характерен для производственных зданий с одно- и двухсменной работой, а также для ряда общественных зданий (административные, торговые, учебные и т.п.) и зданий предприятий обслуживания населения. В помещениях этих зданий необходимые тепловые условия поддерживают только в рабочее время. В нерабочее время используют либо имеющуюся систему отопления, либо устраивают дежурное отопление, поддерживающее в помещении пониженную температуру воздуха. Если в рабочее время теплопоступления превышают потери теплоты, то устраивают только дежурное отопление.
Для решения вопроса о необходимости устройства и мощности системы отопления сопоставляют величины теплопотерь (расхода теплоты) и теплопоступления в расчётном режиме (при максимальном дефиците теплоты). Если теплопотери окажутся больше тепловыделений, то требуется отопление помещений.
Тепловая мощность системы отопления для компенсации теплонедостатка в помещении определяется из выражения:
где: Qсо – теплонедостаток, т.е. расчётная мощность системы отопления, Вт;
Qпот – суммарные тепловые потери помещениями, Вт;
Qпост – суммарные теплопоступления в помещения, Вт.
Если в здании (обычно производственном) Qпост>Qпот, то отапливать помещение не нужно, а теплоизбыток устраняется, например, работой приточной вентиляции.
В общем случае потери теплоты определяются следующим образом:
где: Qогр – теплопотери через наружные ограждающие конструкции, Вт;
Qи – теплопотери на нагревание инфильтрующегося воздуха, Вт;
Qмат – теплопотери на нагревание материалов и транспорта, поступающих в помещение, и имеющих температуру ниже температуры воздуха в помещении, Вт;
Теплопоступления в помещение в общем случае определяются по формуле:
где: Qоб – теплопоступления от технологического оборудования, Вт;
Qмат – теплопоступления от материалов и транспорта, поступающих в помещение, и имеющих температуру выше температуры воздуха в помещении, Вт;
Qэл – теплопоступления от электрооборудования и освещения, Вт;
Qср – теплопоступления за счёт солнечной радиации, Вт;
Qпроч – прочие неучтённые теплопоступления, Вт.
Для помещений конкретных зданий выражения (3.2) и (3.3) упрощаются, так как не всегда имеются все виды теплопотерь и теплопоступлений, вошедших в эти выражения.
Так, для комнат и кухонь жилых зданий учитывают только теплопотери через ограждающие конструкции и потери, связанные с нагреванием инфильтрующегося воздуха, а также бытовые тепловыделения.
Определение тепловой мощности системы отопления [6, приложение 12]
В соответствии с требованиями приложения 12 [6] расчётная тепловая мощность, кВт, системы отопления должна определяться по формуле:
где: Q1 – расчётные тепловые потери здания, кВт, определяемые по формуле:
где: Qа — тепловой поток, кВт, через ограждающие конструкции;
Qв — потери теплоты, кВт, на нагревание инфильтрующегося воздуха.
b1 – коэффициент учёта дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счёт округления сверх расчётной величины, принимаемый по таблице 1 приложения 12 [6];
b2 – коэффициент учёта дополнительных потерь теплоты отопительными приборами, расположенными у наружных ограждений при отсутствии теплозащитных экранов, принимаемый по таблице 2 приложения 12 [6];
Q2 – потери теплоты, кВт, трубопроводами, проходящими в не отапливаемых помещениях;
Q3 — тепловой поток, кВт, регулярно поступающий от освещения, оборудования и людей, который следует учитывать в целом на систему отопления здания. Для жилых домов величину следует учитывать из расчёта 0,01 кВт на 1м 2 общей площади.
Теплопотери через ограждающие конструкции [1, с.106-112]
Тепловой поток Qа, кВт, рассчитывается для каждого элемента ограждающей конструкции по формуле:
где: А – расчётная площадь ограждающей конструкции, м 2 .
Площади отдельных ограждений измеряются по планам и разрезам здания в соответствии с рис. 4.1 и 4.2.
Для подсчёта площадей ограждающих конструкций линейные размеры их принимаются с погрешностью до 0,1 м, а величины площадей округляются с погрешностью 0,1 м 2 . Потери теплоты через полы, расположенные на грунте или на лагах, из-за сложности точного решения задачи определяются на практике упрощённым методом – по зонам-полосам шириной 2 м, параллельным наружным стенам (см. рис. 4.2).
R – сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м 2 С/Вт, которое определяется согласно требованиям СНиП II-3-79** (кроме полов на грунте). Для полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, сопротивление теплопередаче определяется согласно п.3 приложения 12 [6].
tв – расчётная температура внутреннего воздуха, С, принимаемая согласно требованиям норм проектирования зданий различного назначения с учётом повышения её в зависимости от высоты помещения;
tн – расчётная температура наружного воздуха, С, принимаемая по данным приложения 8 [6], или температура воздуха смежного помещения, если его температура более чем на 3С отличается от температуры помещения, для которого рассчитываются теплопотери;
n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху и определяемый по СНиП II-3-79**;
– добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, учитываемые:
а) для наружных вертикальных и наклонных ограждений, ориентированных на направления, откуда в январе дует ветер со скоростью, превышающей 4,5 м/с с повторяемостью не менее 15% (согласно СНиП 2.01.01.-82) в размере 0,05 при скорости ветра до 5 м/с и в размере 0,10 при скорости 5 м/с и более; при типовом проектировании добавочные потери следует учитывать в размере 0,10 для первого и второго этажей и 0,05 – для третьего этажа;
б) для наружных вертикальных и наклонных ограждений многоэтажных зданий в размере 0,20 для первого и второго этажей; 0,15 – для третьего; 0,10 – для четвёртого этажа зданий с числом этажей 16 и более; для 10-15-этажных зданий добавочные потери следует учитывать в размере 0,10 для первого и второго этажей и 0,05 – для третьего этажа.
Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха [1, с.112-114]
Потери тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха Qв, кВт, рассчитываются для каждого отапливаемого помещения, имеющего одно или большее количество окон или балконных дверей в наружных стенах, исходя из необходимости обеспечения подогрева отопительными приборами наружного воздуха в объёме однократного воздухообмена в час по формуле:
h – высота помещения от пола до потолка, м, но не более 3,5.
Потери тепла Qв, кВт, на нагревание наружного воздуха, проникающего во входные вестибюли (холлы) и лестничные клетки через открывающиеся в холодное время года наружные двери при отсутствии воздушно-тепловых завес следует рассчитывать по формуле:
где: Н – высота здания, м;
P – количество людей, находящихся в здании;
B – коэффициент, учитывающий количество входных тамбуров. При одном тамбуре (две двери) B=1,0, при двух тамбурах (три двери) B=0,6.
Потери тепла Q2, кВт, трубопроводами, проходящими в не отапливаемых помещениях, следует определять по формуле:
где: l – длины участков теплоизолированных трубопроводов различных диаметров, прокладываемых в не отапливаемых помещениях, м;
q – нормированная линейная плотность теплового потока теплоизолированного трубопровода, принимаемая по п. 3.23 [6].
