Простой расчет теплопотерь зданий. Расчет тепловых потерь неизолированными трубопроводами при надземной прокладке

Ниже приведен довольно простой расчет теплопотерь зданий, который, тем не менее, поможет достаточно точно определить мощность, требуемую для отопления Вашего склада, торгового центра или другого аналогичного здания. Это даст возможность еще на стадии проектирования предварительно оценить стоимость отопительного оборудования и последующие затраты на отопление, и при необходимости скорректировать проект.

Куда уходит тепло? Тепло уходит через стены, пол, кровлю и окна. Кроме того тепло теряется при вентиляции помещений. Для вычисление теплопотерь через ограждающие конструкции используют формулу:

Q – теплопотери, Вт

S – площадь конструкции, м2

T – разница температур между внутренним и наружным воздухом, °C

R – значение теплового сопротивления конструкции, м2 °C/Вт

Схема расчета такая – рассчитываем теплопотери отдельных элементов, суммируем и добавляем потери тепла при вентиляции. Все.

Предположим мы хотим рассчитать потери тепла для объекта, изображенного на рисунке. Высота здания 5…6 м, ширина – 20 м, длинна – 40м, и тридцать окон размеров 1,5 х 1,4 метра. Температура в помещении 20 °С, внешняя температура -20 °С.

Считаем площади ограждающих конструкций:

пол: 20 м * 40 м = 800 м2

кровля: 20,2 м * 40 м = 808 м2

окна: 1,5 м * 1,4 м * 30 шт = 63 м2

стены: (20 м + 40 м + 20 м + 40м) * 5 м = 600 м2 + 20 м2 (учет скатной кровли) = 620 м2 – 63 м2 (окна) = 557 м2

Теперь посмотрим тепловое сопротивление используемых материалов.

Значение теплового сопротивления можно взять из таблицы тепловых сопротивлений или вычислить исходя из значения коэффициента теплопроводности по формуле:

R – тепловое сопротивление, (м2*К)/Вт

? – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м2*К)

d – толщина материала, м

Значение коэффициентов теплопроводности для разных материалов можно посмотреть .

пол: бетонная стяжка 10 см и минеральная вата плотностью 150 кг/м3. толщиной 10 см.

R (бетон) = 0.1 / 1,75 = 0,057 (м2*К)/Вт

R (минвата) = 0.1 / 0,037 = 2,7 (м2*К)/Вт

R (пола) = R (бетон) + R (минвата) = 0,057 + 2,7 = 2,76 (м2*К)/Вт

кровля:

R (кровля) = 0.15 / 0,037 = 4,05 (м2*К)/Вт

окна: значение теплового сопротивления окон зависит от вида используемого стеклопакета
R (окна) = 0,40 (м2*К)/Вт для однокамерного стекловакета 4–16–4 при?T = 40 °С

стены: панели из минеральной ваты толщиной 15 см
R (стены) = 0.15 / 0,037 = 4,05 (м2*К)/Вт

Посчитаем тепловые потери:

Q (пол) = 800 м2 * 20 °С / 2,76 (м2*К)/Вт = 5797 Вт = 5,8 кВт

Q (кровля) = 808 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 7980 Вт = 8,0 кВт

Q (окна) = 63 м2 * 40 °С / 0,40 (м2*К)/Вт = 6300 Вт = 6,3 кВт

Q (стены) = 557 м2 * 40 °С / 4,05 (м2*К)/Вт = 5500 Вт = 5,5 кВт

Получаем, что суммарные теплопотери через ограждающие конструкции составят:

Q (общая) = 5,8 + 8,0 + 6,3 + 5,5 = 25,6 кВт / ч

Теперь о потерях на вентиляцию.

Для нагрева 1 м3 воздуха с температуры – 20 °С до + 20 °С потребуется 15,5 Вт.

Q(1 м3 воздуха) = 1,4 * 1,0 * 40 / 3,6 = 15,5 Вт, здесь 1,4 – плотность воздуха (кг/м3), 1,0 – удельная теплоёмкость воздуха (кДж/(кг К)), 3,6 – коэффициент перевода в ватты.

Осталось определиться с количеством необходимого воздуха. Считается, что при нормальном дыхании человеку нужно 7 м3 воздуха в час. Если Вы используете здание как склад и на нем работают 40 человек, то вам нужно нагревать 7 м3 * 40 чел = 280 м3 воздуха в час, на это потребуется 280 м3 * 15,5 Вт = 4340 Вт = 4,3 кВт. А если у Вас будет супермаркет и в среднем на территории находится 400 человек, то нагрев воздуха потребует 43 кВт.

Итоговый результат:

Для отопления предложенного здания необходима система отопления порядка 30 кВт/ч, и система вентиляции производительностью 3000 м3 /ч с нагревателем мощность 45 кВт/ч.

Расчет системы отполения, горячего водоснабжения и вентиляции

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине

«Отопление, вентиляция и кондиционирование»

Выполнил:

студент группы 31 Е

Захарец А. В.

Руководитель

ст. преподаватель кафедры Т

Кокшаров М.В.

В соответствии вариантом необходимо:

1)Произвести расчёт тепловых потерь здания.

3)Произвести расчёт системы горячего водоснабжения.

4)Начертить изометрическую схему системы горячего водоснабжения, указать диаметры трубопроводов

5)Произвести расчёт системы вентиляции, определить количество тепла на нагрев вентилируемого воздуха.

УДК 621.313.333

Курсовая работа содержит 28 страниц, 7 рисунков, 4 таблиц, 5 источников, 2 приложения.

Тепловые потери, ограждающие конструкции, система отопления, радиатор, теплоноситель, инфильтрация, ГВС, стояк, лежак, трубопровод, вентиляция.

Объектом исследования является двухэтажное жилое здание.

Цель работы – освоение и закрепление методов расчета тепловых потерь здания, систем отопления, ГВС, вентиляции.

Методы исследования – расчётные и графические.

Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2007

Введение. 5

1 Исходные данные. 6

2 Расчёт тепловых потерь здания. 7

2.1 Заполнение таблицы.. 7

2.2 Расчет диаметров трубопроводов системы отопления. 20

3 Расчет системы ГВС.. 23

3.1 Определение расчетных расходов воды в системах ГВС.. 23

3.2 Определение диаметров трубопровода системы ГВС.. 23

4 Расчет системы вентиляции. 26

4.1 Расход приточного воздуха. 26

4.2 Определение расхода тепла на нагрев вентилируемого воздуха. 26

Заключение. 28

Библиографический список. 29

Приложение А

Приложение Б

Введение

Расчет теплопотерь является важнейшим этапом проектирования систем отопления, ГВС и вентиляции.

Для определения тепловой мощности, покрывающей максимальную нагрузку на систему отопления, необходимо знать теплопотери здания в самую суровую расчетную часть холодного периода года. Для решения вопроса о соответствии уровня теплопотребления системой отопления здания современным требованиям, особенно учитывая проблему энергосбережения, необходимо определить теплопотери здания за весь отопительный период.

Существуют различные подходы к выбору расчетных значений коэффициентов теплопроводности строительных материалов. При этом тщательность в выборе значения данного коэффициента крайне важна. Необходимо также правильно оценивать значения коэффициентов теплообмена на поверхностях ограждений, особенно коэффициента теплоотдачи на внутренней поверхности, т.к. при завышенном его значении будет завышена и расчетная температура на внутренней поверхности, например, окна. При определении теплопотерь здания важна правильная оценка коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций.

В работе представлены расчеты теплопотерь здания и потребности в теплоте на нагревание инфильтрационного воздуха, рассчитаны и спроектированы системы отопления, ГВС и вентиляции.

Целью данной работы является получение знаний, навыков расчета и проектирования систем отопления, ГВС и вентиляции.

Исходные данные

Рисунок 1.1 – План первого(второго) этажа здания

Таблица 1.1 – Исходные данные

Расчёт тепловых потерь здания

При тщательном подходе к устройству системы отопления дома необходимо начать с расчета теплопотерь здания. Потери тепла в доме происходят через стены, окна, входные двери, крышу и пол первого этажа. Тепло также уходит вместе с воздухом при инфильтрации через щели в конструкциях, окна и двери.

Для удобства расчёта и представления информации итогом второго раздела данной курсовой работы будет заполненная таблица. Для каждого помещения будет определено или посчитано 25 параметров. Расчёт производится в соответствии со СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Заполнение таблицы

2.1.1 Наименование помещения

В данном столбце указывается номер помещения по плану здания. Обычно нумерация помещений начинается от входа и идёт по часовой стрелке. Первая цифра – номер этажа, остальные – номер помещения.

Рисунок 2.1 – План первого этажа задания

Рисунок 2.2 – План второго этажа задания.

2.1.2 Температура наружного воздуха.

В данном столбце в соответствии со СНиП 23-01-99 "Строительная климатология" указывается температура воздуха наиболее холодной пяти- дневки обеспеченностью 0,92 t н, °С для нужного города или региона.

Для Санкт-Петербурга t н = -26 °С

2.1.3 Расчётная температура воздуха внутри помещения

В данном столбце в соответствии с ГОСТ30494-2011 "Здания жилые и общественные" указывается оптимальная температура воздуха внутри помещения t в, °С в зависимости от его типа. Так, для жилых комнат

t в = 18 – 20 °С, для ванных комнат t в = 24 – 26 °С, для кухонь t в = 19 – 21 °С.

В расчётах для ванных комнат примем t в = 25 °С, для всех остальных помещений t в = 20 °С

2.1.4 Наименование поверхности.

Для обозначения ограждающих конструкций вводятся следующие сокращения:

НС – наружная стена

ДО – окно

ДН – дверь наружная

2.1.5 Ориентация поверхности

Указывается ориентация вертикальных ограждающих конструкций по сторонам света:

В - восток

2.1.6 Длина поверхности

Указывается длина или в случае вертикальной поверхности высота ограждающей конструкции в метрах.

2.1.7 Ширина поверхности

Указывается ширина поверхности в метрах.

2.1.8 Площадь поверхности

Площадь поверхности определяется как произведение длины(высоты) и ширины поверхности по формуле:

a – длина(высота), м

b – ширина, м

При подсчете теплопотерь площадь отдельных ограждений A, м2, определяется с соблюдением следующих правил обмера:

1. Площадь окон, дверей и фонарей измеряют по наименьшему строительному проему.

2. Площадь потолка и пола измеряют между осями внутренних стен и внутренней поверхностью наружной стены. Площадь стен и пола, расположенных на грунте, в том числе на лагах, определяют с условной разбивкой их по зонам.

3. Площадь наружных стен измеряют

В плане - по наружному периметру между осями внутренних стен и наружным углом стены;

По высоте - на всех этажах, кроме нижнего: от уровня чистого пола до пола следующего этажа. На последнем этаже верх наружной стены совпадает с верхом покрытия или чердачного перекрытия. На нижнем этаже в зависимости от конструкции пола: а) от внутренней поверхности пола по грунту; б) от поверхности подготовки под конструкцию пола на лагах; в) от нижней грани перекрытия над неотапливаемым подпольем или подвалом.

4. При определении теплопотерь через внутренние стены их площади обмеряют по внутреннему периметру. Потери теплоты через внутренние ограждения помещений можно не учитывать, если разность температур воздуха в этих помещениях составляет 3°С и менее.

Передача теплоты из помещения через конструкцию пола или стены и толщу грунта, с которыми они соприкасаются, подчиняется сложным закономерностям. Для расчета сопротивления теплопередаче конструкций, расположенных на грунте, применяют упрощенную методику. Поверхность пола по грунту делится на полосы шириной 2 м, параллельные стыку наружной стены и поверхности земли. Отсчет зон начинается по стене от уровня земли, а если стен по грунту нет, то зоной I является полоса пола, ближайшая к наружной стене. Следующие две полосы будут иметь номера II и III, а остальная часть пола составит зону IV. (см рисунок 2.3)

Таким образом, общая площадь пола разбивается на зоны и площадь заносится в столбец для каждой зоны пола, причём для первой зоны площадь в углах здания считается дважды.

Рисунок 2.3 – Принцип разбиение пола здания на зоны

Рисунок 2.4 – Разбиение пола 1 этажа на зоны

2.1.9 Расчётная разность температур

,ºС определяется как разность температур внутреннего воздуха в помещении и температуры наружного воздуха наиболее холодной пятидневки по формуле:

(2.2)

2.1.10 Коэффициент n

Выбираем коэффициент n, учитывающий положение ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху:

n = 1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне.

n = 0,9. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне.

n = 0,75. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах.

n = 0,6. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли.

n = 0,4. Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли

2.1.11 Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции

Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции k, Вт/(м 2 ∙ °С) - величина, численно равная поверхностной плотности теплового потока, проходящего через ограждающую конструкцию при разности внутренней и наружной температур воздуха рассчитывается по формуле:

где R i - нормативное значение сопротивления теплопередаче i-ой зоны пола.

Для каждой зоны неутепленного пола предусмотрены нормативные значения сопротивления теплопередаче:

зона I - R I = 2,1 м 2 ·°С/Вт;

зона II - R II = 4,3 м 2 ·°С/Вт;

зона III - R III = 8,6 м 2 ·°С/Вт;

зона IV - R IV = 14,2 м 2 ·°С/Вт.

2.1.12 Основные теплопотери

Формула расчёта основных теплопотерь Q осн, Вт помещения через ограждающие конструкции:

где k – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м 2 ∙ °С);

А – площадь поверхности, м 2

2.1.13 Коэффициент дополнительных потерь β 1

Добавка на ориентацию ограждения по сторонам света принимается для всех наружных вертикальных ограждений или проекций на вертикаль наружных наклонных ограждений:

· для северной, северо-восточной, северо-западной, восточной ориентации ß 1 = 0,1;

· юго-восточной и западной ß 1 = 0,05;

· южной и юго-западной ß 1 = 0.

Рисунок 2.5 – Значение коэффициента ß 1

2.1.14 Коэффициент дополнительных потерь β 2

Добавка на угловое помещение, имеющее две и более наружных стен, учитывает, что в таком помещении радиационная температура ниже, чем в рядовом. Поэтому в угловом помещении жилого дома температуру внутреннего воздуха принимают на 2°С выше, чем в рядовом помещении, а в зданиях другого назначения увеличенные теплопотери учитывают добавкой ß 2 = 0,05 к основным теплопотерям вертикальных наружных ограждений.

2.1.15 Коэффициент дополнительных потерь β 3

Добавка на врывание холодного воздуха через наружные двери в здание, не оборудованное воздушно-тепловой завесой, при их кратковременном открывании принимается к основным теплопотерям дверей. Так, в здании высотой Н для тройных дверей с двумя тамбурами , для двойных дверей с тамбуром , для двойных дверей без тамбура , для одинарных дверей . Для наружных ворот при отсутствии тамбура и воздушно-тепловой завесы теплопотери рассчитываются с добавкой , а при наличии тамбура у ворот - с добавкой . Указанные добавки не относятся к летним и запасным наружным дверям и воротам.

2.1.16 Суммарный коэффициент дополнительных потерь

Суммарный коэффициент дополнительных потерь определяется по формуле:

2.1.17 Теплопотери с учетом дополнительных потерь Q β

Для нахождения теплопотерь с учетом дополнительных потерь необходимо перемножить значения двенадцатого и шестнадцатого столбцов, т.е. учитывается влияние добавочных коэффициентов на основные теплопотери.

2.1.18 Нормируемая воздухопроницаемость

Нормируемая воздухопроницаемость G н - это максимальная разрешенная воздухопроницаемость конструкции при любых погодных условиях, принимаемая в соответствии со СНиП 23-02-2003, значения которой приведены в табл. 2.1

Таблица 2.1 – Занчения G н

2.1.19 Разность давлений воздуха

Расход наружного воздуха, поступающего в помещения в результате инфильтрации в расчетных условиях, зависит от объемно-планировочного решения здания, а также плотности окон, балконных дверей, витражей. Задача инженерного расчета сводится к определению расхода инфильтрационного воздуха G инф, кг/ч, через отдельные ограждения каждого помещения. Инфильтрация через стены и покрытия невелика, поэтому ею обычно пренебрегают и рассчитывают только через заполнение световых проемов, а также через закрытые двери и ворота, в том числе и те, которые при обычном эксплуатационном режиме не открываются. Затраты теплоты на врывание воздуха через открывающиеся двери и ворота в расчетном режиме учитываются добавками к основным теплопотерям через входные двери и ворота.

Расчет выявляет максимально возможную инфильтрацию, поэтому считается, что каждое окно или дверь находится на наветренной стороне здания.

Расчетная разность давлений Δр, Па для окна или двери каждого этажа определяется по формуле:

Для дверей:

(2.9)

R инф.ок R инф.дв - требуемое сопротивления воздухопроницанию окна и двери соответственно, м 2 ∙ ч/кг;

Δр – расчётная разность давлений, Па;

Δр 0 – 10 Па.

2.1.21 Коэффициент теплопередачи инфильтрации

Коэффициент учитывающий влияние трансмиссионного теплового потока:

к =0,7. Для стыковых панелей стен и для окон с тройным остеклением;

к = 0,8. Для окон и балконных дверей с раздельными переплётами;

к = 1. Для окон и балконных дверей со спаренными или смежными переплётами.

2.1.22 Расход тепла на инфильтрацию

Расход тепла на инфильтрацию Q инф, Вт рассчитывается по формуле:

2.1.24 Мощность единицы нагревательного прибора

В качестве отопительного прибора выбран чугунный радиатор М-140, который широко известен на территории СНГ. Чугунные секционные радиаторы являются традиционными для нашей страны приборами.

Основное их преимущество возможность использования в открытых системах. В отличие от других радиаторов, чугунные практически нечувствительны к опорожнениям системы, то есть позволяют сколь угодно часто сливать из нее воду. При разливке чугуна на его поверхности образуется особенно прочный слой с повышенным содержанием кремния, поэтому в необработанном виде чугун довольно стоек к коррозии, в том числе от воздействия твердых частиц, присутствующих в теплоносителе. Говоря об эксплуатационных свойствах чугунных радиаторов, следует отметить их высокую теплопроводность и большую тепловую инерционность.

Секции радиатора отливают из серого чугуна, их можно компоновать в приборы различной площади. Секции соединяют на ниппелях с прокладками из картона, резины или паронита.

Примем мощность одной секции радиатора M-140 равную 140 Вт.

В ванной комнате наличие стояка отопления не предполагается. Отопление комнаты осуществляется установкой полотенцесушителя на трубопровод ГВС. Примем мощность полотенцесушителя равную 260 Вт.

2.1.25 Количество приборов отопления

Для того, чтобы найти количество секций радиатора М-140 на одно помещение нужно полные теплопотери этого помещения поделить на мощность одной секции радиатора М-140.

Общая тепловая нагрузка первого этажа здания равна 25,152 кВт, второго этажа 23,514 кВт.

Все расчёты предыдущих пунктов выполняются для каждого этажа здания и сводятся в таблицу в приложении А (для первого этажа) и приложении Б (для второго этажа)

Можно заказать в специализированной фирме. Правда, стоит это недешево, да и проверить результаты будет невозможно. Совсем другое дело, если вы научитесь анализировать потери тепла в доме самостоятельно. Тогда и платить никому не придется, и вы будете на сто процентов уверены в своих расчетах.

Количество тепла, теряемое зданием за определенную единицу времени, и называется теплопотерями. Величина эта непостоянная. Зависит она от температуры, а также теплозащитных свойств ограждающих конструкций (к ним относятся стены, окна, перекрытия и т.п.). Существенные теплопотери происходят и из-за сквозняков - попадающий внутрь помещения воздух называют по-научному инфильтрацией. А прекрасный способ бороться с ними - установка современных стеклопакетов. Расчет теплопотерь обязательно должен учитывать все эти факторы.

Все строительные и отделочные материалы различаются по своим характеристикам и, следовательно, теплотехническим качествам. Их структура часто неоднородна, состоит из нескольких слоев, а иногда имеет замкнутые воздушные прослойки. Вычислить теплопотери всей этой конструкции можно, сложив показатели для каждого из слоев.

Основной характеристикой материалов в наших расчетах будет показатель Именно он покажет, сколько тепла потеряет конструкции (к примеру, 1 м 2) при определенном температурном перепаде.

Имеем следующую формулу: R=DT/Q

· DT - показатель разности температур;

· Q - количество Вт/м 2 тепла, которое теряет конструкция;

· R - коэффициент сопротивления теплопередачи.

Все эти показатели легко вычислить, пользуясь СНиП. В них прописана информация касательно большинства традиционных строительных материалов. Что же касается современных конструкций (стеклопакетов, гипсокартона и прочих), требуемые данные можно узнать у производителя.

Таким образом можно сделать расчет теплопотерь для каждой Особое внимание следует уделить наружным стенам, чердачным перекрытиям, участкам над холодными подвалами и неотапливаемыми этажами. Добавочные потери тепла происходят через двери и окна (в особенности выходящие на север и восток), а также наружные ворота при отсутствии тамбура.

Расчет теплопотерь здания производят в отношении самого неблагоприятного периода в году. Другими словами, берется самая морозная и ветреная неделя. Суммировав таким образом теплопотери, можно определить требуемую мощность всех отопительных приборов в помещении, необходимых для его комфортного обогрева. Эти расчеты помогут также определить «слабое звено» в системе теплоизоляции и принять дополнительные меры.

Сделать расчет можно и по общим, усредненным показателям. К примеру, для одно- и двухэтажных зданий при минимальной температуре воздуха -25°С тепла на один квадратный метр потребуется 213 Вт. Для зданий с качественным этот показатель снижается до 173 Вт, а то и меньше.

Исходя из всего вышесказанного, можно сказать, что экономить на качественной теплоизоляции не следует. В условиях постоянного повышения цен на энергоносители грамотное утепление и вентиляция конструкций приводят к значительной выгоде.

Первый шаг в организации отопления частного дома — расчет теплопотерь. Цель этого расчета — выяснить, сколько тепла уходит наружу сквозь стены, полы, кровлю и окна (общее название — ограждающие конструкции) при самых суровых морозах в данной местности. Зная, как рассчитать теплопотери по правилам, можно получить довольно точный результат и приступить к подбору источника тепла по мощности.

Базовые формулы

Чтобы получить более-менее точный результат, необходимо выполнять вычисления по всем правилам, упрощенная методика (100 Вт теплоты на 1 м² площади) здесь не подойдет. Общие потери теплоты зданием в холодное время года складываются из 2 частей:

• теплопотерь через ограждающие конструкции;
• потерь энергии, идущей на нагрев вентиляционного воздуха.

Базовая формула для подсчета расхода тепловой энергии через наружные ограждения выглядит следующим образом:

Q = 1/R х (t в — t н) х S х (1+ ∑β). Здесь:

• Q — количество тепла, теряемого конструкцией одного типа, Вт;
• R — термическое сопротивление материала конструкции, м²°С / Вт;
• S — площадь наружного ограждения, м²;
• t в — температура внутреннего воздуха, °С;
• t н — наиболее низкая температура окружающей среды, °С;
• β — добавочные теплопотери, зависящие от ориентации здания.

Термическое сопротивление стен либо кровли здания определяется исходя из свойств материала, из которого они сделаны, и толщины конструкции. Для этого используется формула R = δ / λ, где:

• λ — справочное значение теплопроводности материала стены, Вт/(м°С);
• δ — толщина слоя из этого материала, м.

Если стена возведена из 2 материалов (например, кирпич с утеплителем из минваты), то термическое сопротивление рассчитывается для каждого из них, а результаты суммируются. Уличная температура выбирается как по нормативным документам, так и по личным наблюдениям, внутренняя — по необходимости. Добавочные теплопотери — это коэффициенты, определенные нормами:

1. Когда стена либо часть кровли повернута на север, северо-восток или северо-запад, то β = 0,1.
2. Если конструкция обращена на юго-восток или запад, β = 0,05.
3. β = 0, когда наружное ограждение выходит на южную или юго-западную сторону.

Порядок выполнения вычислений

Чтобы учесть все тепло, уходящее из дома, необходимо сделать расчет теплопотерь помещения, причем каждого по отдельности. Для этого производятся замеры всех ограждений, соседствующих с окружающей средой: стен, окон, крыши, пола и дверей.

Важный момент: обмеры следует выполнять по внешней стороне, захватывая углы строения, иначе расчет теплопотерь дома даст заниженный расход тепла.

Окна и двери измеряются по проему, который они заполняют.

По результатам замеров рассчитывается площадь каждой конструкции и подставляется в первую формулу (S, м²). Туда же вставляется значение R, полученное делением толщины ограждения на коэффициент теплопроводности строительного материала. В случае с новыми окнами из металлопластика величину R вам подскажет представитель фирмы-установщика.

В качестве примера стоит провести расчет теплопотерь через ограждающие стены из кирпича толщиной 25 см, площадью 5 м² при температуре окружающей среды -25°С. Предполагается, что внутри температура составит +20°С, а плоскость конструкции обращена к северу (β = 0,1). Сначала нужно взять из справочной литературы коэффициент теплопроводности кирпича (λ), он равен 0,44 Вт/(м°С). Затем по второй формуле вычисляется сопротивление передаче тепла кирпичной стены 0,25 м:

R = 0,25 / 0.44 = 0,57 м²°С / Вт

Чтобы определить теплопотери помещения с этой стенкой, все исходные данные надо подставить в первую формулу:

Q = 1 / 0,57 х (20 — (-25)) х 5 х (1 + 0,1) = 434 Вт = 4.3 кВт

Если в комнате имеется окно, то после вычисления его площади следует таким же образом определить теплопотери сквозь светопрозрачный проем. Такие же действия повторяются относительно полов, кровли и входной двери. В конце все результаты суммируются, после чего можно переходить к следующему помещению.

Учет тепла на подогрев воздуха

Выполняя расчет теплопотерь здания, важно учесть количество тепловой энергии, расходуемой системой отопления на подогрев вентиляционного воздуха. Доля этой энергии достигает 30% от общих потерь, поэтому игнорировать ее недопустимо. Рассчитать вентиляционные теплопотери дома можно через теплоемкость воздуха с помощью популярной формулы из курса физики:

Q возд = cm (t в — t н). В ней:

• Q возд — тепло, расходуемое системой отопления на прогрев приточного воздуха, Вт;
• t в и t н — то же, что в первой формуле, °С;
• m — массовый расход воздуха, попадающего в дом снаружи, кг;
• с — теплоемкость воздушной смеси, равна 0.28 Вт / (кг °С).

Здесь все величины известны, кроме массового расхода воздуха при вентиляции помещений. Чтобы не усложнять себе задачу, стоит согласиться с условием, что воздушная среда обновляется во всем доме 1 раз в час. Тогда объемный расход воздуха нетрудно посчитать путем сложения объемов всех помещений, а затем нужно перевести его в массовый через плотность. Поскольку плотность воздушной смеси меняется в зависимости от его температуры, нужно взять подходящее значение из таблицы:

m = 500 х 1,422 = 711 кг/ч

Подогрев такой массы воздуха на 45°С потребует такого количества теплоты:

Q возд = 0.28 х 711 х 45 = 8957 Вт, что примерно равно 9 кВт.

По окончании расчетов результаты тепловых потерь сквозь наружные ограждения суммируются с вентиляционными теплопотерями, что дает общую тепловую нагрузку на систему отопления здания.

Представленные методики вычислений можно упростить, если формулы ввести в программу Excel в виде таблиц с данными, это существенно ускорит проведение расчета.

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ

НЕИЗОЛИРОВАННЫМИ ТРУБОПРОВОДАМИ

ПРИ НАДЗЕМНОЙ ПРОКЛАДКЕ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Введение

В настоящем документе рассмотрены особенности расчета тепловых потерь неизолированными трубопроводами тепловых сетей при надземной прокладке и предложена практическая методика выполнения расчета.

Расчет тепловых потерь изолированными трубопроводами должен выполняться в соответствии с методиками, изложенными в действующих нормативных документах /1, 2/. Характерным для данной ситуации является то, что тепловой поток в основном определяется термическим сопротивлением тепловой изоляции. При этом коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности покровного слоя мало влияет на величину тепловых потерь и поэтому может быть принят по средним значениям.

Работа трубопровода тепловой сети без тепловой изоляции является нетиповой ситуацией, так как, согласно нормам, все теплопроводы должны иметь тепловую изоляцию во избежание значительных тепловых потерь. Именно поэтому ни в каких нормативных документах не приводятся методики расчета теплопотерь трубопроводов для данного случая.

Тем не менее, при эксплуатации тепловых сетей могут возникать и возникают ситуации, когда отдельные участки трубопроводов лишены тепловой изоляции. Для обеспечения возможности расчета потерь тепла такими трубопроводами и разработано настоящая методика. Она базируется на наиболее общих теоретических зависимостях по теплоотдаче трубопровода в условиях вынужденной конвекции, которые приводятся в учебной и справочной литературе .

В соответствии с требованием заказчика все формулы и расчетные величины приводятся не в международной системе единиц, а применительно к измерению теплопотерь в ккал/час.

1. Теоретические основы расчета тепловых потерь

неизолированными трубопроводами

при надземной прокладке

Трубопровод тепловой сети представляет из себя горизонтально расположенную нагретую трубу, обдуваемую ветром или находящуюся в спокойном воздухе. Поэтому теплоотдачу такого трубопровода можно определять по известным зависимостям с использованием коэффициента теплопередачи через стенку трубы:

Q = Fп · (Tп – Tв) / К, (1.1)

К = 1 / (1/αп + δм/λм + 1/αw), (1.2)

В качестве расчетных температур следует брать средние температуры за рассматриваемый период. При этом, температуру поверхности трубопровода можно принимать равной температуре воды в трубопроводе, так как термическое сопротивление стенки трубы δм/λм и сопротивление теплоотдаче на внутренней поверхности 1/αw для чистой трубы во много раз меньше, чем сопротивление теплоотдаче на наружной поверхности 1/αп . Такое допущение позволяет значительно упростить расчет и уменьшить число необходимых исходных данных, так как тогда не требуется знать скорость воды в трубе, толщину стенки трубы, степень загрязнения стенки на внутренней поверхности. Погрешность расчета, связанная с таким упрощением, невелика и значительно меньше погрешностей, связанных с неопределенностью других расчетных величин.

Площадь наружной поверхности трубопровода определяется его длиной и диаметром:

Fп = π Dп L, (1.3)

С учетом выше изложенного выражение (1) можно преобразовать к виду:

Q = αп π Dп L (Tп – Tв), (1.4)

Наиболее важным при расчете тепловых потерь является правильное определение коэффициентов теплоотдачи на наружной поверхности трубопровода. Вопрос теплоотдачи от одиночной трубы хорошо изучен, и расчетные зависимости приводятся в учебных пособиях и справочниках по теплообмену. Согласно теории, общий коэффициент теплоотдачи определяется как сумма коэффициентов конвективной и лучистой теплоотдачи:

αп = αк + αл (1.5)

Коэффициент конвективной теплоотдачи зависит от скорости воздуха и направления потока по отношению к оси трубопровода, диаметра трубопровода, теплофизических характеристик воздуха. В общем случае выражение для определения коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности трубопровода при поперечном обдувании потоком воздуха будет:

при ламинарном режиме движения воздуха (критерий Рейнольдса Re меньше 1000)

αк = 0,43 βφ Re0,5 λв / Dn (1.6)

При переходном и турбулентном режиме движения воздуха (критерий Рейнольдса Re равен или больше 1000)

αк = 0,216 βφ Re0,6 λв / Dn , (1.7)

Re = U β u Dn / v в , (1.8)