Как составить тепловой баланс помещения

Система
отопления предназначена для создания
в помещениях здания температурной
обстановки, соответствующей комфортной
для человека или отвечающей требованиям
технологического процесса.

Для
компенсации теплопотерь и обеспечения
необходимой температурной обстановки
в помещении устраивают системы отопления.
Для определения тепловой мощности
системы отопления помещений жилого
здания составляют тепловой баланс
расходов теплоты Q_потери
и поступлений теплоты Q_пост
в виде

Q_co
=
Q_потери
– Q_пост

(4)

Q_co
= Q_огр
+
Q_{вент(инф
)}
– Q_быт

(4´)

где
Q_огр
– суммарные потери теплоты через
ограждающие конструкции, Вт;

Q_вент
– расход
теплоты на нагревание наружного воздуха
при естественной вытяжной вентиляции,
не компенсируемой притоком подогретого
воздуха, Вт;

Q_инф
– расход теплоты на нагревание
инфильтрационного воздуха, Вт;

Q_быт
– бытовые
поступления теплоты, Вт.

Тепловой
баланс составляют для всех помещений
здания: жилых комнат, кухонь, лестничных
клеток, ванных комнат и санузлов с
наружными ограждающими конструкциями.
Все помещения здания следует поэтажно
пронумеровать: 1 этаж – 101, 102 и т.д., 2 этаж
– 201, 202 и.т.д.

Подсобные
помещения квартир (коридоры квартир)
можно условно отнести к смежным
помещениям. Отопление ванных комнат
предполагается от полотенцесушителей
системы горячего водоснабжения.

4.1.
Потери теплоты через ограждающие
конструкции помещения определяют
суммируя потери теплоты через отдельные
ограждающие конструкции Q_огр,
Вт, с округлением до 10 Вт по формуле

Q_огр
= АК(t_р
– t_ext)(1
+ ∑β)n
, (5)

где
А
– расчетная площадь ограждающей
конструкции, м²,
определяемая правилам обмера согласно
рис.1 данных методических указаний и
[2];

К
– коэффициент теплопередачи ограждающей
конструкции принимают из таблицы 2,
Вт/м²·
^°С;

t_р
– расчетная температура воздуха в
помещении, принимаемая по таблице 1 ГОСТ
30494 и равная минимальному значению
оптимальной температуры;

t_ext
– расчетная температура наружного
воздуха,
^оС, таблица
1;

∑β
– добавочные теплопотери в долях от
основных потерь;

n
– то же, что и в формуле (3).

Рис.1. Правила
обмера ограждающих конструкций:

а
– разрез здания с чердачным перекрытием;
б – разрез здания с совмещённым покрытием;

в – план здания;
1 – пол над подвалом; 2 – пол на лагах; 3
– пол на грунте.

Добавочные
теплопотери через ограждения, выраженные
коэффициентом β, подразделяют на
несколько видов.

1)
Добавка на ориентацию ограждения по
сторонам света принимается для всех
наружных вертикальных ограждений. Для
северной, северо – восточной, северо —
западной, восточной ориентацией β1
= 0,1; юго – восточной и западной β1
= 0,05; южной и юго – западной β1
= 0.

2)
Добавка β2
= 0,05 вводится для необогреваемого пола
первого этажа над холодным подпольем
здания в местности с расчетной температурой
наружного воздуха минус 40 ºС и ниже.

3)
Добавка на угловое помещение, имеющее
две и более наружных стен. В угловом
помещении жилого дома температуру
внутреннего воздуха принимают на 2 ºС
выше, чем в рядовом помещении. В здании
другого назначения увеличенные
теплопотери учитываются коэффициентом
β3
= 0,05 к основным теплопотерям вертикальных
наружных ограждений.

4)
Добавка на врывание холодного воздуха
через наружные двери здания, не
оборудованные воздушно – тепловой
завесой, при их кратковременном открытии,
прибавляется к основным теплопотерям
дверей. В здании высотой Н для тройных
дверей с двумя тамбурами
β4
=
0,2·Н, для двойных дверей с тамбуром
β4
=
0,27·Н, для двойных дверей без тамбура β4
=
0,34·Н, для одинарных дверей β4
= 0,22·Н.

4.2.
Воздухообмен в жилых помещениях
организуется на основе естественного
поступления наружного воздуха за счет
проветривания и поступления воздуха
через неплотности в светопрозрачных
конструкциях. Первый вариант называется
естественной вентиляцией и проводится
проветриванием с использованием форточек
и воздушных клапанов. Второй вариант —
инфильтрацией. При использовании
пластиковых окон величина инфильтрационного
воздуха мала и не сопоставима с санитарной
нормой. Расчет инфильтрации следует
проводить при деревянных рамах в
раздельных переплетах старой конструкции.
Удаление загрязненного воздуха из
жилых комнат предусматривается из кухни
и санузла посредством естественной
вытяжной канальной вентиляции. Расход
вентиляционного воздуха из жилых комнат
рассчитывается по норме 3 м³/ч на 1 м²
площади пола.

4.2.1.
Расход теплоты на нагрев воздуха
естественной вентиляции

Qвент,
Вт, определяется по формуле

Qвент
= 0.28·L_n
·ρ·с·(t_p
– t),
(6)

где
L_n
– расход удаляемого воздуха, м³/ч,
равный L_n
= 3·А_n
, здесь
А_n
– площадь
пола помещения, м²;

ρ
– плотность воздуха в помещении, 1,2
кг/м³;

с
– удельная теплоемкость воздуха, равная
1 кДж/кг⁰С;

t_p,
t
– то же, что в формуле (5).

4.2.2.
Расход теплоты на нагревание
инфильтрационного воздуха

Qинф,
Вт, следует определять по формуле

Q_инф
= 0,28 ∑G_i·с(t_р
– t_i),
(7)

где
∑G_i
– расход инфильтрационного воздуха,
кг/ч.

Расход
инфильтрационного воздуха, кг/ч,
определяемый по формуле

,
(8)

где
— индексы 1
относятся к окнам, балконным дверям; 2—
к наружным дверям лестничной клетки;

А—
площадь ограждения, м²;

К—
коэффициент, учитывающий нагревание
инфильтрационного воздуха в ограждении,
встречным тепловым потоком:

К₁=
0,7- для окон и балконных дверей с тройными
раздельными переплётами;

К₁=
0,8 — для окон и балконных дверей с двойными
раздельными переплётами;

К₁=
0,9 — для окон и балконных дверей со
спаренными переплётами;

К₁=
1 — для окон и балконных дверей с одинарными
переплётами;

К₂=
1- для входных наружных дверей.

R_u
– сопротивление воздухопроницанию
ограждающих конструкций,

м²·ч·Па/кг;

R_и,1
= 0,26 м²·Па^2/3/кг
— одинарное остекление или двойное
остекление в деревянных спаренных
переплётах;

R_и,1=0,38
м²·ч·Па^2/3/кг-
двойное остекление в раздельных
деревянных переплётах;

R_и,1
= 0,56 м²·ч·Па^2/3/кг
— тройное остекление в раздельно-спаренных
деревянных переплётах;

R_и,1
= 0,6-1,04 м²·ч·Па^2/3/кг
– остекления в металлопластиковых
переплётах;

R_и,2
= 0,14 м²·ч·Па^1/2/кг
— наружные входные двери лестничной
клетки;

ΔP_i
– расчетная разность между давлениями
на наружной и внутренней поверхностях
ограждающей конструкции, Па, на расчетном
этаже.

Разность
давлений по разные стороны ограждающей
воздухопроницаемой конструкции
определяется по формуле

,
(9)

где
Н
– высота здания, м, от уровня отметки
земли до верха вытяжной шахты;

h_i
– расчетная высота, м, от уровня земли
до центра окон, дверей;

–плотность
кг/м³,
соответственно наружного воздуха и
воздуха в помещении;

–скорость
ветра, в январе м/с;

–аэродинамические
коэффициенты соответственно для
наветренной и подветренной поверхностей
ограждений здания принимаемые
=
0,8 и

=
— 0,6;

К
– коэффициент учета изменения скоростного
давления ветра в зависимости от высоты
здания, принимается по таблице 22 [2].

4.3.
Бытовые теплопоступления в помещениях
жилых зданий (комнатах и кухнях)
определяются по формуле

Q_быт
= 10· А_n
,
(10)

где
А_n
– площадь пола комнаты или кухни, м².

4.4.
Расчетные тепловые потери помещений
Qрасч,
Вт, жилого здания, оборудованного
естественной вытяжной вентиляцией,
определяются по следующим формулам

—
для жилой комнаты

Qрасч
= Qогр
+ Qвент
– Qбыт;
(8)

— для кухни

Qрасч
= Qогр +
Qинф –
Qбыт;
(9)

— для лестничной
клетки

Qрасч
= Qогр +
Qинф.
(10)

Расчет
теплового баланса помещений здания
выполняют в табличной форме.

Таблица
3 — Расчет теплового баланса помещений
здания

№ наименование помещения, tр, оС	Ограждающие конструкции	Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции к, Вт/м2оС	Расчетная разность температур (tр-text), оС	Поправочный коэффициент, n	Добавочные потери теплоты
Наименование	Ориентация	Размеры a×b, м	Площадь А, м2	На ориентацию β1	На угловое помещение β2	На холодные полы β3	На наружные входные двери β4	1+Σβ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13

Продолжение
таблицы 3

Теплопотери через ограждающие конструкции, Qoгр, Вт	Суммарные тепловые потери через ограждающие конструкции Σ Qoгр, Вт	Расход теплоты на естественную вентиляцию Qвент., Вт	Бытовые теплопоступления Qбыт, Вт	Расчетные тепловые потери помещения Qрасч, Вт
14	15	16	17	18

∑Qрасч
=

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Составляющие теплового баланса помещения

Физический смысл теплового баланса помещения в холодный период года заключается в поддержании постоянной температуры внутреннего воздуха t_в [ °C] системами обеспечения параметров микроклимата. Сведение всех составляющих поступления и расхода теплоты определяет дефицит или избыток её в помещении. Тепловой баланс составляется для таких расчётных условий, когда возникает наибольший дефицит теплоты. Наличие дефицита теплоты ΔQ [Вт] показывает следующую количественную характеристику мощности системы отопления [Вт] [1]:

Q_от = ΔQ = Q_огр + Q_ин ± Q_т-б, (1)

где Q_огр — потери теплоты через наружные ограждения, Вт; Q_ин — расход теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха, Вт; Q_т-б — технологические или бытовые поступления (расходы) теплоты, Вт.

Для производственных помещений промышленных зданий в (1) при расчёте мощности систем отопления логично и оправдано определять величину ± Q_т-б для периодов технологических циклов с наименьшими тепловыделениями.

Формирование теплового режима в помещениях жилых и общественных зданий во многом отличается от производственных. При продолжительном отсутствии в квартире жильцов, а в общественных зданиях посетителей или обслуживающего персонала какие-либо дополнительные (бытовые) тепловыделения Q_т-б отсутствуют. Поэтому они не должны учитываться при расчётах тепловых балансов данных помещений [2, 3], то есть расчётные температурные параметры воздуха должны поддерживаться при отсутствии людей и неработающем бытовом или служебном оборудовании.

Однако в отечественную нормативную литературу для снижения реальной расчётной мощности систем отопления было введено понятие теплового потока, поступающего в жилые комнаты и кухни: 21 Вт на 1 м² площади пола [4]; затем

он был произвольно уменьшен до 10 Вт на 1 м² площади пола [1]. Данное положение привело к законодательному нарушению санитарно-гигиенических норм по поддержанию минимальной расчётной температуры в жилых и общественных помещениях. Авторами нормативов по субъективному введению бытового теплового потока при расчёте теплового баланса жилого помещения подменено понятие «энергоэффективность», то есть рациональное и, по возможности, полное использования потенциала искусственно генерируемой энергии, на «энергосбережение», которое осуществляется административными методами.

Поэтому зависимость (1) для жилых и общественных зданий должна иметь следующий вид:

Q_от = ΔQ = Q_огр + Q_ин. (2)

Формирование теплового режима в помещениях жилых и общественных зданий во многом отличается от производственных. Например, при продолжительном отсутствии в квартире жильцов, а в общественных зданиях посетителей или обслуживающего персонала какие-либо дополнительные тепловыделения отсутствуют

В сельскохозяйственных зданиях расчётный температурный режим в холодный период года возможно, как правило, создать только за счёт варьирования теплофизическими характеристиками наружных ограждений (пассивных элементов систем обеспечения параметров микроклимата). В процессе жизнедеятельности животные, птицы, хранящееся сочное растительное сырьё (картофель, овощи, фрукты) выделяют явную теплоту: физиологическую Q_ф или биологическую Q₆. Рациональный подбор теплофизических характеристик наружных ограждений позволяет в таких помещениях отказаться от искусственно генерируемой теплоты. Поддержание расчётной внутренней температуры осуществляется за счёт утилизации явной теплоты, то есть помещения эксплуатируются как неотапливаемые с естественными источниками энергии. Для помещений таких энергопассивных производственных сельскохозяйственных комплексов уравнение теплового баланса имеет вид:

Q_от = ΔQ = Q_огр + Q_ин – (Q_ф или Q_б) = 0. (3)

Потери теплоты отапливаемыми помещениями через ограждения

Расчётные трансмиссионные потери теплоты помещением при выборе тепловой мощности определяются как сумма потерь через все ограждения. Количество теплоты, проходящее через каждое ограждение при стационарном режиме Q_огр [Вт] определяется по формуле Фурье [1] (расшифровка обозначений в формуле (4) приведена далее в статье):

Основным критерием теплотехнических показателей энергоэффективных зданий должно быть снижение затрат тепловой энергии системами обеспечения параметров микроклимата.

Не претендуя на полноту освещения всех вопросов по эффективному использованию теплоты, предлагаемый в статье анализ физических процессов переноса теплоты через ограждения позволяет уточнить факторы формирования температурного режима помещений.

Рассмотрим соответствие закономерностей переноса теплоты и логики протекания этих процессов по основополагающей формуле (4) некоторым современным широко рекламируемым (в том числе в нормативных источниках) рекомендациям по рациональному использованию подаваемой в помещения тепловой энергии.

Расчётная площадь каждой ограждающей конструкции А [м²] вычисляется с соблюдением определённых условно принятых правил обмера, которые стабильны с первой половины ХХ века. В них заложены особенности переноса теплоты теплопроводностью в каждом из конструктивных видов ограждений.

Положение ограждения относительно наружного воздуха (коэффициент n) учитывается для ограждений, отделяющих отапливаемые помещения от неотапливаемых (чердаки, подвалы, скотные дворы в сельских домах).

Температура в неотапливаемых помещениях всегда выше наружной. Поэтому потери теплоты уменьшаются и соответствуют разности температур (например, для чердака t_чер):

t_в – t_чер = (t_в – t_н5)n. (5)

Значения понижающего расчётную разность температур коэффициента n, приведённые в нормах [5], несмотря на их ориентировочный характер, показали свою востребованность и необходимость в практических расчётах. Термодинамическая основа коэффициента n показывает возможную степень использования энергетического потенциала теплоносителя системы отопления путём последовательного использования как высокопотенциальной, так и низкопотенциальной энергии. Многие способы наиболее полной утилизации поданной в здание теплоты характерны для индивидуальных зданий, имеющих чердаки, подполья, сени, тамбуры, пристроенные животноводческие помещения. В нормативных документах следует расширить область использования коэффициента n, разработать и внести его значения для многоквартирных домов. Например, значения n отсутствуют: для лифтовых холлов домов с наружными пожарными лестницами, для «тёплых» чердаков с естественной или механической вытяжной вентиляцией, для застеклённых лоджий и т.п.

Разность температуры внутреннего t_в и наружного воздуха t_н5 [°C] в холодный период года с коэффициентом обеспеченности k_об = 0,92 в формуле (4) определяет максимальную величину переноса теплоты из помещения в атмосферу. Расчётные значения температуры (t_в каждого из помещений жилых зданий приведены в нормах [6]. Современная квартира представляет собой единый комплекс обитания семьи, поэтому практически невозможно поддерживать стабильный индивидуальный температурный режим в каждом из помещений, но для фиксации общего количества необходимой подаваемой в квартиру теплоты это различие имеет определённое значение.

Более сложным является расчёт потерь или поступлений теплоты через внутренние ограждения смежных помещений с различной расчётной температурой. Потери или поступления теплоты допускается не учитывать, если разность температуры в этих помещениях не более 3 °С [1]. В научной и справочной литературе не обнаружено теплотехнических и каких-либо иных объяснений субъективному снижению существовавшей ранее разности температур от 5 до 30 °C. Следствием является возникновение ряда практически тупиковых расчётных ситуаций. Например, расчёт нестационарного по функциональному назначению температурного режима ванных, совмещённых туалетов (25 °C) и окружающих помещений (18-20 °C).

Не изученной до практического внедрения является методика нормирования и теплофизического расчёта количественных показателей ограждений между смежными помещениями с различной расчётной температурой.

Они важны не только по количественным характеристикам переноса теплоты, но и по стабилизации влажностного состояния внутренних ограждений. Необходимым и обязательным условием должна быть недопустимость наблюдаемой на практике конденсации водяных паров на внутренних поверхностях ограждений смежных помещений с более высокой температурой. Характерный пример, ограждение между кухней t_в = 20 °C) и лестничной клеткой в многоэтажных домах с лифтовыми холлами t_в = 16 °C) и в жилых домах с неотапливаемыми лестничными клетками t_в = 5 °C). Только для единственного последнего случая СНиП 23-02-2003 [5] при разности расчётных температур смежных помещений 6 °С и более обязывает нормировать и, соответственно, конструктивно менять ограждающие конструкции.

Ориентированные на другие стороны горизонта наружные ограждения получают в холодный период года меньшее количество лучистой энергии, вследствие чего их наружные поверхности имеют более низкую температуру и потери теплоты через них увеличиваются

Добавки к основным потерям теплоты отапливаемых помещений (Σβ, доли), то есть определение реальных потерь теплоты отапливаемым помещением, относится до настоящего времени к наименее изученному, субъективно трактуемому вопросу. Количественные характеристики добавок к основным потерям теплоты составляют [1]:

Σβ = β_ст.г + β_н.д + β_t. (6)

Добавки на ориентацию по сторонам горизонта β_ст.г, согласно нормам, принимаются на все вертикальные и наклонные (проекции на вертикаль) ограждения. Условно из-за наличия солнечной радиации за расчётную принята ориентация наружных ограждений на юг и юго-запад (β_ст.г = 0). Считается, что ориентированные на другие стороны горизонта наружные ограждения получают в холодный период года меньшее количество лучистой энергии, вследствие чего их наружные поверхности имеют более низкую температуру и потери теплоты через них увеличиваются. В то же время наиболее холодный период суток приходится на ночные и предутренние часы при отсутствии лучистого теплопритока, а теплоинерционность непрозрачных ограждающих конструкций препятствует колебаниям суточных температур их внутренних поверхностей. Данные добавки β_ст.г существуют с начала прошлого века [3], считаются традиционными и незыблемыми, однако они противоречат физическому смыслу процесса определения максимального дефицита теплоты в помещении и не должны учитываться при расчётах мощности систем отопления.

В понятие добавок β_ст.г одновременно включены величины, имеющие иной физический смысл и которые следует учитывать в расчётах. Например, в общественных, административнобытовых и производственных, включая сельскохозяйственные, зданиях при наличии двух и более наружных стен добавка β_ст.г = 0,05 (увеличение потерь теплоты в углах). В помещениях жилых зданий с двумя наружными стенами добавка β_ст.г = 0, но она заменена увеличением расчётной температуры воздуха в угловых помещениях на 2 °C. Для горизонтально расположенных наружных ограждений применяется добавка β_ст.г = 0,05 для необогреваемых полов при температуре холодной пятидневки t_н5 < -40 °C.

Имеются добавки на поступление наружного воздуха при открывании наружных дверей β_н.д, не оборудованных воздушными или воздушнотепловыми завесами. При определении добавок на открывание дверей следует учитывать два обстоятельства. Во-первых, в современных многоквартирных жилых домах и в общественных зданиях внутренние лестничные клетки или отсутствуют из-за наличия наружных пожарных путей эвакуации или при их наличии они непосредственно не контактируют с атмосферой. Для таких зданий β_н.д = 0. Во-вторых, добавки на открывание дверей физически правильно учитывают изменение их теплотехнических показателей в зависимости от конструктивного исполнения входа в здание. Однако термин «кратковременное открывание дверей» зависит в жилых и общественных зданиях от количества проживаемых в подъезде людей или количества посетителей в общественных зданиях (от частоты открывания наружных дверей). Этот факт следует конкретизировать и включить в количественное обоснование добавки в_нд. Некоторые исследователи в качестве рекомендации предлагают для общественных зданий принимать β_н.д = 5,0-6,0 [7].

Добавки на высоту помещения β_t необходимы в расчётах потерь теплоты верхней части помещений высотой h_пом [м], где температура воздуха t_в выше, чем в рабочей зоне, то есть тепловой контур верхней части помещений теряет теплоту при более высоких значениях (t_в — t_н5), чем расчётная. На практике на каждый метр высоты помещения сверх 4 м добавка увеличивается на 0,02, то есть β_t = 0,02(h_пом — 4).

Максимальная величина β_t не должна быть более 0,15. Для лестничных клеток β_t на высоту не принимаются, так как расчётное количество теплоты для лестничных клеток от систем отопления выделяется на уровне нижних этажей и конвективными токами воздуха равномерно распределяется по высоте. Отсутствие конкретных значений β_t в нормативных документах влечёт необходимость проведения расчётов распределения температуры воздуха по высоте помещений с различным функциональным назначением и снижает точность расчётов теплопотерь.

Заключение

Проведённый анализ реальных потерь теплоты при расчётах энергоэффективных систем обеспечения параметров микроклимата показал:

1. Максимальный дефицит теплоты в холодный период года в отапливаемых помещениях необходимо определять: в промышленных — по формуле (1); в жилых и общественных — по (2); в производственных сельскохозяйственных помещениях — по (3).

2. При расчётах потерь теплоты по зависимости (4) требуется: расширить области использования коэффициента n (для многоквартирных домов и иных встречающихся в практике случаев); разработать методы нормирования и теплофизического расчёта ограждений между смежными помещениями с различной внутренней температурой, восстановив её минимальную разность до 5-6 °C.

3. В процессе определения добавочных коэффициентов при расчёте дефицита теплоты в помещении по зависимости (6): исключить добавочный коэффициент на ориентацию по сторонам горизонта β_ст.г; уточнить значения добавочных коэффициентов на открывание дверей β_н.д и на высоту помещений β_t для жилых и общественных зданий.

Далее будет опубликован материал под рабочим названием «Тепловая защита зданий».

Раздел объясняет, что такое тепловой баланс помещения, описывает основные источники поступления и потерь тепла. Приведен принцип расчета теплового баланса. Дается формула упрощенного расчета теплового баланса для бытового кондиционера и пример расчета поступления тепла в офисном помещении.

Для чего нужен расчет теплового баланса?

При проектировании систем кондиционирования, вентиляции и отопления необходимо с достаточной точностью рассчитать их мощность. В теплый период года поступление тепла в помещение избыточно, и излишнее тепло должно удаляться системой кондиционирования. В холодный период потери тепла превышают его поступление, и недостаток тепла должны компенсировать обогревательные приборы.

Пример: если температура на улице ниже комнатной, например -40°С, а внутри помещения комфортные +20 °С, то теплота начинает уходить, образуя тепловой поток, обращенный наружу. Предположим, из помещения уходит 500 Вт. Чтобы температура внутреннего воздуха осталась на уровне +20°С, необходимо подать в помещение эти 500 Вт. Если в помещение подавать 400 Вт, то тепловое равновесие между теплопоступлениями и теплопотерями установится на более низком уровне, +18°С. Если подавать 600 Вт, то на более высоком: +22°С.

На здание одновременно действуют несколько факторов поступления тепла: солнечное излучение, параметры наружного воздуха, а также внутренние теплопоступления. Поддержание заданных условий усложняется тем, что теплопоступления не постоянны, а меняются в течение суток. Для правильного подбора климатической системы важно учесть все факторы, влияющие на баланс тепла и влаги в помещении.

Источники теплопоступления и теплопотерь

1. Наружные нагрузки — возникают вне помещения, делятся на несколько групп:

(1) Теплопередача через стены, потолки, полы. Она зависит от разности внутренней и внешней температуры и степени теплоизоляции здания. Летом температура в здании ниже, чем на улице, и теплопоступление положительно. Зимой же разность температур снаружи здания и внутри него отрицательна, и поток тепла направлен из помещения вовне.

(2) Поступление тепла от излучения Солнца через застекленные проемы. Теплопоступление от излучения всегда положительно (или равно нулю, если застекленных проемов нет). Летом эту тепловую нагрузку надо компенсировать. Количество теплоты солнечной радиации зависит от формы и размеров световых проемов, типа заполнения проемов, ориентации проема по отношению к сторонам света и др. параметров.

(3) Теплопоступления от внешнего воздуха, проникающего в помещение. Воздух попадает в помещение при вентиляции, а также может проникать через неплотности проемов (обычно при проектировании системы кондиционирования в помещении предусматривается избыточное давление, чтобы воздух не инфильтровался). Параметры наружного воздуха (температура и влажность) сильно меняются в течение года, но практически никогда не совпадают с требуемыми в помещении параметрами. Поступление тепла от внешнего воздуха может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от времени года.

2. Внутренние тепловые нагрузки — возникают в помещении, зависят от назначения помещения и делятся на несколько типов:

(1) Тепло, выделяемое людьми. Оно зависит от количества людей и рода их занятий, а также условий в помещении.

(2) Тепло, выделяемое осветительными приборами: люминесцентными лампами и лампами накаливания. Эта величина зависит от мощности освещения, типа ламп и способа их расположения.

(3) В производственных помещениях тепло могут выделять горячие материалы (или поглощать — холодные), а также тепловыделение может происходить при сгорании и химических реакциях.

(4) Тепло, выделяемое электроприборами: * в жилых помещениях — бытовыми приборами: холодильниками, плитами и т.п.

* в офисных помещениях — компьютерами, принтерами, копирами и т.п.

* в производственных помещениях — оборудованием, электродвигателями и т.п.

Подробный расчет теплового баланса приведен в главе «Расчет систем кондиционирования и вентиляции» книги «Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика» (см. основную литературу).

Упрощенный расчет теплового баланса для бытового кондиционера

Для небольших помещений и несложных систем вентиляции и кондиционирования на основе простого оборудования (например, сплит-система) применяют упрощенный тепловой баланс. В таком случае нет необходимости в долгих и сложных расчетах теплопотерь и теплопоступлений. Для подбора модели кондиционера подходящей мощности надо приблизительно подсчитать избыточное тепло, поступающее в помещение.

Основные источники тепла:

1. Теплопоступления за счет разницы внешней и внутренней температуры, а также тепло солнечного излучения:

   Q1 = h*S*q.

   Здесь h — высота потолка в помещении, S — площадь помещения, q — удельная теплота (выбирается в зависимости от естественной освещенности помещения. Если помещение затенено, то q = 30 Вт/кв.м., если средняя освещенность, то q = 35 Вт/кв.м., а для помещений с большим остеклением с солнечной стороны q = 40 Вт/кв.м.)

2. Теплопоступления от техники Q2.

   Для офисных помещений — 300 Вт на каждый компьютер (или 30% от мощности другого оборудования. Конечно, если включено нагревательное оборудование, нужно учитывать его реальную мощность обогрева). Замечание: Если в помещении используется дополнительное оборудование, которое выделяет тепло (электроплиты и т.д.), в расчете нужно учесть его мощность

3. Теплопоступления от людей Q3.

   Обычно считают, что при сидячей работе (в офисе) человек выделяет 100 Вт тепла, а при физических нагрузках 200-300 Вт.

К сумме теплопоступлений, рассчитанных в пунктах 1 — 3, нужно прибавить примерно 20% на неучтенные притоки тепла.

Итак, Q = 1.2*(Q1 + Q2 + Q3)

Пример: комната 15 кв.м, высота потолков 3 м, средняя освещенность, 3 человека работают за компьютерами. Теплопоступление: Q = 1.2*(15*3*35 + 3*300 + 3*100) Вт = 3,3 кВт. Это поступление тепла и должен компенсировать кондиционер.

Основная литература

1. Ананьев В.А., Балуева Л.Н., Гальперин А.Д., Городов А.К., Еремин М.Ю., Звягинцева С.М., Мурашко В.П., Седых И.В. «Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика» — 2003 г. Стр. 273-292 , «Расчет систем кондиционирования и вентиляции» (anan_273-292.pdf (4,18 Mb))
2. inrost.ru «Подробный расчет теплопоступлений и теплопотерь» (heat-balance-details.html, 12 Kb)
3. «Мир Климата» №8, «Теплопоступления и теплопотери» (mk_08_13.html 31 Kb)
4. «Мир Климата» №9, «Теплопоступления и теплопотери — часть 2» (mk_09_11.html 16,8 Kb)

Дополнительная литература

1. Спецвыпуск «Мир Климата — Проектировщику», Антонов П.П «Методика расчета и проектирования систем обеспечения микроклимата в помещениях плавательных бассейнов»
2. «Мир Климата» №25, «Новый метод расчета тепловой нагрузки» Стивен Ф. Брунинг, ASHRAE

Контрольные вопросы:

1. Что происходит, если поступление тепла в помещение превышает его удаление из помещения?
2. Перечислите основные внешние источники тепла.
3. Какие из внешних источников тепла могут быть отрицательными (приводить к потере тепла из помещения)? В каких случаях они отрицательны?
4. От чего зависит количество тепла, выделяемое в помещение человеком? При каких условиях оно максимально?
5. Приближенно рассчитайте поступление тепла летом в спортвном зале площадью 50 кв.м., высота потолков 4 м, 8 человек занимаются на тренажерах, электроприборов нет.

Энергоэффективность систем обеспечения параметров микроклимата. Тепловой баланс помещений

Сегодня мы начинаем публиковать цикл статей, посвящённых анализу методов создания и поддержания теплового режима помещений в холодный период года. Первая статья цикла расскажет о развитии современных энергоэффективных систем создания и поддержания теплового комфорта в помещениях. По мнению авторов, это развитие требует уточнения основных закономерностей по расчёту теплопотребления зданиями.

Составляющие теплового баланса помещения

Физический смысл теплового баланса помещения в холодный период года заключается в поддержании постоянной температуры внутреннего воздуха t_в [ °C] системами обеспечения параметров микроклимата. Сведение всех составляющих поступления и расхода теплоты определяет дефицит или избыток её в помещении. Тепловой баланс составляется для таких расчётных условий, когда возникает наибольший дефицит теплоты. Наличие дефицита теплоты ΔQ [Вт] показывает следующую количественную характеристику мощности системы отопления [Вт] [1]:

где Q_огр — потери теплоты через наружные ограждения, Вт; Q_ин — расход теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха, Вт; Q_т-б — технологические или бытовые поступления (расходы) теплоты, Вт.

Для производственных помещений промышленных зданий в (1) при расчёте мощности систем отопления логично и оправдано определять величину ± Q_т-б для периодов технологических циклов с наименьшими тепловыделениями.

Формирование теплового режима в помещениях жилых и общественных зданий во многом отличается от производственных. При продолжительном отсутствии в квартире жильцов, а в общественных зданиях посетителей или обслуживающего персонала какие-либо дополнительные (бытовые) тепловыделения Q_т-б отсутствуют. Поэтому они не должны учитываться при расчётах тепловых балансов данных помещений [2, 3], то есть расчётные температурные параметры воздуха должны поддерживаться при отсутствии людей и неработающем бытовом или служебном оборудовании.

Однако в отечественную нормативную литературу для снижения реальной расчётной мощности систем отопления было введено понятие теплового потока, поступающего в жилые комнаты и кухни: 21 Вт на 1 м 2 площади пола [4]; затем

он был произвольно уменьшен до 10 Вт на 1 м 2 площади пола [1]. Данное положение привело к законодательному нарушению санитарно-гигиенических норм по поддержанию минимальной расчётной температуры в жилых и общественных помещениях. Авторами нормативов по субъективному введению бытового теплового потока при расчёте теплового баланса жилого помещения подменено понятие «энергоэффективность», то есть рациональное и, по возможности, полное использования потенциала искусственно генерируемой энергии, на «энергосбережение», которое осуществляется административными методами.

Поэтому зависимость (1) для жилых и общественных зданий должна иметь следующий вид:

Формирование теплового режима в помещениях жилых и общественных зданий во многом отличается от производственных. Например, при продолжительном отсутствии в квартире жильцов, а в общественных зданиях посетителей или обслуживающего персонала какие-либо дополнительные тепловыделения отсутствуют

В сельскохозяйственных зданиях расчётный температурный режим в холодный период года возможно, как правило, создать только за счёт варьирования теплофизическими характеристиками наружных ограждений (пассивных элементов систем обеспечения параметров микроклимата). В процессе жизнедеятельности животные, птицы, хранящееся сочное растительное сырьё (картофель, овощи, фрукты) выделяют явную теплоту: физиологическую Q_ф или биологическую Q₆. Рациональный подбор теплофизических характеристик наружных ограждений позволяет в таких помещениях отказаться от искусственно генерируемой теплоты. Поддержание расчётной внутренней температуры осуществляется за счёт утилизации явной теплоты, то есть помещения эксплуатируются как неотапливаемые с естественными источниками энергии. Для помещений таких энергопассивных производственных сельскохозяйственных комплексов уравнение теплового баланса имеет вид:

Потери теплоты отапливаемыми помещениями через ограждения

Расчётные трансмиссионные потери теплоты помещением при выборе тепловой мощности определяются как сумма потерь через все ограждения. Количество теплоты, проходящее через каждое ограждение при стационарном режиме Q_огр [Вт] определяется по формуле Фурье [1] (расшифровка обозначений в формуле (4) приведена далее в статье):

Основным критерием теплотехнических показателей энергоэффективных зданий должно быть снижение затрат тепловой энергии системами обеспечения параметров микроклимата.

Не претендуя на полноту освещения всех вопросов по эффективному использованию теплоты, предлагаемый в статье анализ физических процессов переноса теплоты через ограждения позволяет уточнить факторы формирования температурного режима помещений.

Рассмотрим соответствие закономерностей переноса теплоты и логики протекания этих процессов по основополагающей формуле (4) некоторым современным широко рекламируемым (в том числе в нормативных источниках) рекомендациям по рациональному использованию подаваемой в помещения тепловой энергии.

Расчётная площадь каждой ограждающей конструкции А [м 2 ] вычисляется с соблюдением определённых условно принятых правил обмера, которые стабильны с первой половины ХХ века. В них заложены особенности переноса теплоты теплопроводностью в каждом из конструктивных видов ограждений.

Положение ограждения относительно наружного воздуха (коэффициент n) учитывается для ограждений, отделяющих отапливаемые помещения от неотапливаемых (чердаки, подвалы, скотные дворы в сельских домах).

Температура в неотапливаемых помещениях всегда выше наружной. Поэтому потери теплоты уменьшаются и соответствуют разности температур (например, для чердака t_чер):

Значения понижающего расчётную разность температур коэффициента n, приведённые в нормах [5], несмотря на их ориентировочный характер, показали свою востребованность и необходимость в практических расчётах. Термодинамическая основа коэффициента n показывает возможную степень использования энергетического потенциала теплоносителя системы отопления путём последовательного использования как высокопотенциальной, так и низкопотенциальной энергии. Многие способы наиболее полной утилизации поданной в здание теплоты характерны для индивидуальных зданий, имеющих чердаки, подполья, сени, тамбуры, пристроенные животноводческие помещения. В нормативных документах следует расширить область использования коэффициента n, разработать и внести его значения для многоквартирных домов. Например, значения n отсутствуют: для лифтовых холлов домов с наружными пожарными лестницами, для «тёплых» чердаков с естественной или механической вытяжной вентиляцией, для застеклённых лоджий и т.п.

Об этом цикле статей

Представленный в данном цикле статей анализ методов создания и поддержания теплового режима помещений в холодный период года не является альтернативой общепринятых апробированных практикой методик расчёта, конструирования и эксплуатации систем обеспечения параметров микроклимата. Необходимость анализа современных тенденций формирования комфортного теплового режима помещений вызвана повышением требований по энергосбережению в строительстве. Однако предлагаемые новые решения по экономии тепловой энергии (даже включённые в нормативную литературу) не всегда соответствуют физическим законам тепломассопереноса, санитарным нормам, а иногда и здравому смыслу. При этом, жёстко регламентируя применение одних технических решений, действующие нормы не учитывают их совместную работу с другими элементами эксплуатируемых систем.

Нормативные документы, регламентирующие проектирование и эксплуатацию систем обеспечения параметров микроклимата, должны включать научно систематизированные, физически обоснованные и экономичные схемы систем, порядок их выбора и расчёта, рекомендации по реконструкции объектов, не позволяющие различной их трактовки. С другой стороны, они должны позволять отказываться от одних средств автоматизации и кажущегося «энергосбережения», являющихся обязательными по нормативным документам, на иные, способные повысить энергетические и экономические показатели систем. Этот фактор является особо актуален с учётом появившегося в области принятия инженерных решений не проверенных в отечественной практике зарубежных стереотипов, навязанных рекламой или лоббированием частными компаниями.

Проведённый анализ нормативной и справочной литературы по энергосбережению в строительстве подготовлен в рамках выполнения НИР «Разработка и научное обоснование теплофизических закономерностей переноса теплоты и влаги в неотапливаемых производственных сельскохозяйственных зданиях» с финансированием из средств Минобрнауки России, в рамках базовой части государственного задания на научные исследования.

Разность температуры внутреннего t_в и наружного воздуха t_н5 [°C] в холодный период года с коэффициентом обеспеченности k_об = 0,92 в формуле (4) определяет максимальную величину переноса теплоты из помещения в атмосферу. Расчётные значения температуры (t_в каждого из помещений жилых зданий приведены в нормах [6]. Современная квартира представляет собой единый комплекс обитания семьи, поэтому практически невозможно поддерживать стабильный индивидуальный температурный режим в каждом из помещений, но для фиксации общего количества необходимой подаваемой в квартиру теплоты это различие имеет определённое значение.

Более сложным является расчёт потерь или поступлений теплоты через внутренние ограждения смежных помещений с различной расчётной температурой. Потери или поступления теплоты допускается не учитывать, если разность температуры в этих помещениях не более 3 °С [1]. В научной и справочной литературе не обнаружено теплотехнических и каких-либо иных объяснений субъективному снижению существовавшей ранее разности температур от 5 до 30 °C. Следствием является возникновение ряда практически тупиковых расчётных ситуаций. Например, расчёт нестационарного по функциональному назначению температурного режима ванных, совмещённых туалетов (25 °C) и окружающих помещений (18-20 °C).

Не изученной до практического внедрения является методика нормирования и теплофизического расчёта количественных показателей ограждений между смежными помещениями с различной расчётной температурой.

Они важны не только по количественным характеристикам переноса теплоты, но и по стабилизации влажностного состояния внутренних ограждений. Необходимым и обязательным условием должна быть недопустимость наблюдаемой на практике конденсации водяных паров на внутренних поверхностях ограждений смежных помещений с более высокой температурой. Характерный пример, ограждение между кухней t_в = 20 °C) и лестничной клеткой в многоэтажных домах с лифтовыми холлами t_в = 16 °C) и в жилых домах с неотапливаемыми лестничными клетками t_в = 5 °C). Только для единственного последнего случая СНиП 23-02-2003 [5] при разности расчётных температур смежных помещений 6 °С и более обязывает нормировать и, соответственно, конструктивно менять ограждающие конструкции.

Ориентированные на другие стороны горизонта наружные ограждения получают в холодный период года меньшее количество лучистой энергии, вследствие чего их наружные поверхности имеют более низкую температуру и потери теплоты через них увеличиваются

Добавки к основным потерям теплоты отапливаемых помещений (Σβ, доли), то есть определение реальных потерь теплоты отапливаемым помещением, относится до настоящего времени к наименее изученному, субъективно трактуемому вопросу. Количественные характеристики добавок к основным потерям теплоты составляют [1]:

Добавки на ориентацию по сторонам горизонта β_ст.г, согласно нормам, принимаются на все вертикальные и наклонные (проекции на вертикаль) ограждения. Условно из-за наличия солнечной радиации за расчётную принята ориентация наружных ограждений на юг и юго-запад (β_ст.г = 0). Считается, что ориентированные на другие стороны горизонта наружные ограждения получают в холодный период года меньшее количество лучистой энергии, вследствие чего их наружные поверхности имеют более низкую температуру и потери теплоты через них увеличиваются. В то же время наиболее холодный период суток приходится на ночные и предутренние часы при отсутствии лучистого теплопритока, а теплоинерционность непрозрачных ограждающих конструкций препятствует колебаниям суточных температур их внутренних поверхностей. Данные добавки β_ст.г существуют с начала прошлого века [3], считаются традиционными и незыблемыми, однако они противоречат физическому смыслу процесса определения максимального дефицита теплоты в помещении и не должны учитываться при расчётах мощности систем отопления.

Тепловой баланс зданий и сооружений

Тепловой баланс зданий и сооружений позволяет установить соотношение между тепловыми потерями и количеством тепла, выделяемым различными источниками внутри зданий и сооружений.

В общем случае составление тепловых балансов позволяет определить КПД установки, расход топлива или электроэнергии для получения единицы тепловой энергии, расход пара (или другого теплоносителя) для получения единичной продукции. Тепловой баланс это соотношение, связывающее приход и расход теплоты и составляется на единицу выпускаемой продукции, на 1 кг твердого или жидкого топлива, на 1 м 3 газообразного топлива или в процентах, %, от введенной (суммарной) располагаемой теплоты.

Полученная информация о тепловом балансе организации или предприятия используется для исследования либо отдельного объекта, либо организации в целом. Методы анализа полученной информации делятся на физические и финансовые [3].

Физический метод исследования оперирует с физическими или натуральными параметрами и имеет целью определение характеристик эффективности энергоиспользования. Он включает следующие этапы:

1. Все данные энергопотребления приводятся к единой международной системе измерения – СИ.

2. Определяется состав объектов: отдельные потребители, подразделения, технологические линии, цеха или предприятие в целом.

3. Проводится распределение потребляемой энергии по отдельным объектам, а также видам энергоресурсов и энергоносителей: электроэнергия, пар, горячая вода, топливо (твердое, жидкое, газообразное).

4. Определяются факторы, влияющие на потребление энергии: температура наружного воздуха (для систем отопления и вентиляции), расход топлива в паровых теплогенераторах (для систем пароснабжения) и водогрейных котлах (для систем теплоснабжения), электрической энергии (для технологического оборудования, холодильников).

5. Вычисляется удельное энергопотребление по отдельным видам энергоресурсов и объектам, которое определяется отношением энергопотребления к выпуску продукции (Вт или 1 кг топлива/на единицу продукции). Значение полученного удельного энергопотребления сравнивается с нормативными значениями, после чего делается вывод об эффективности энергоиспользования как по отдельным объектам, так и по предприятию в целом. Нормативные значения могут быть заданы, рассчитаны или взяты из периодической литературы.

6. Определяются прямые потери различных энергоносителей за счет потерь электроэнергии, утечек воды или конденсата, недогрузки или простоев оборудования, потерь теплоты (с уходящими топочными газами, химический и механический недожог, от наружных ограждений в окружающую среду), неквалифицированной эксплуатации и других выявленных нарушений.

7. Выявляются наиболее неблагоприятные объекты с точки зрения эффективности энергоиспользования.

Финансовый метод исследования оценивает прямые потери в денежном выражении и проводится параллельно с физическим методом исследования. Он придает экономическое обоснование выводам, полученным на основании физического метода исследования и позволяет вычислить распределение затрат на энергоресурсы по всем объектам энергопотребления и видам энергоресурсов. Финансово-экономические критерии имеют важное значение при исследовании энергосберегающих рекомендаций и проектов.

В данной лекции рассмотрен метод составления энергетических балансов здании и сооружений на примере квартиры в многоквартирном доме. Более широкий подход к составлению тепловых балансов приводится в литературе [3].

В осенне-зимний период создание приемлемого теплового режима помещения обеспечивается преимущественно посредством системы отопления. В расчетах тепловых балансов гражданских помещений учитываются также тепловыделения бытовых электроприборов, особенно если они работают длительное время; теплоотдача от человека, а для производственных помещений — и другие источники тепла.

При этом помещение теряет теплоту через наружные ограждения (окна и стены), она также расходуется на нагревание наружного воздуха, проникающего через неплотности ограждений или вентиляционные отверстия и каналы.

В установившемся режиме потери равны поступлениям теплоты. Посредством расчета всех составляющих поступления и расхода теплоты определяется избыток или дефицит теплоты. Дефицит теплоты указывает на необходимость установки дополнительных источников тепла; избыток теплоты на количественном уровне устраняется вентиляцией, на качественном – уменьшением площади или заменой отопительных приборов.

Уравнение теплового баланса для квартиры для стационарного режима имеет вид [6]:

, [Вт] (1)

где — теплота, уносимая через ограждения;

— теплота, расходуемая на нагрев инфильтрующегося воздуха;

— теплота, поступающая от системы отопления;

— теплота, выделяемая бытовыми электроприборами;

— теплота, выделяемая человеком.

Распишем каждое из составляющих уравнения теплового баланса и обозначим все входящие в уравнения величины.

Теплота, уносимая через ограждения.Указанные составляющие уравнения теплового баланса следует определять с округлением до 10 Вт по формуле [6]:

, (2)

где — cтены или окна;

— площади соответственных наружных ограждений, м 2 , правила обмера которых следующие:

а) площади окон, дверей измеряются по наименьшему строительному проему,

б) площади наружных стен измеряются:

— в плане – по внешнему периметру между наружным углом и осями внутренних стен,

— по высоте (в средних этажах) – от поверхности пола до поверхности пола следующего этажа,

в) при необходимости определения теплопотерь через внутренние ограждения их площади берутся по внутреннему обмеру;

, — температуры воздуха, расчетная в помещении и наружная для холодного периода года соответственно, °С, согласно [4, 5];

— добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, определяемые для наружных ограждений в зависимости от их ориентации на сторону света, согласно [6];

— коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по [8];

— сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м 2 ×°С/Вт, следует определять по [8] по формуле:

, (3)

где — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций Вт/(м 2 ×°С), находится из таблиц [8];

— термическое сопротивление ограждающей конструкции, м 2 ×°С/Вт,

где — толщина данного слоя в составе ограждающей конструкции, м,

— теплопроводность данного слоя в составе ограждающей конструкции, Вт/(м×°С);

Для многослойных ограждающих конструкций определяется по формуле [8]:

, (4)

где , , — термические сопротивления каждого из слоев ограждения;

— коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м 2 ×°С), находится из таблиц [9].

Теплота, расходуемая на нагрев инфильтрующегося воздуха. Расчет проводится согласно [4, 6].

Расход теплоты , Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, следует принимать равным большей из величин, полученных из расчета по формулам (4.5) и (4.9), указанным ниже [6].

, Вт (5)

где — расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждающие конструкции помещения, определяемый по формуле (6);

— удельная теплоемкость воздуха, равная 1000 Дж/(кг×К);

— коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный:

а) 0,7 — для стыков панелей стен и окон с тройными переплетами,

б) 0,8 -для окон и балконных дверей с раздельными переплетами,

в)1,0 — для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплетами и открытых проемов.

Расход инфильтрующегося в помещение воздуха , кг/ч, через неплотности наружных ограждений следует определять по формуле [6]:

, (6)

где , — площади наружных ограждающих конструкций, м 2 , соответственно световых проемов (окон, балконных дверей, фонарей) и других ограждений;

— площадь щелей, неплотностей и проемов в наружных ограждающих конструкциях, м 2 ;

, — расчетная разность давлений, определяемая по формуле (7), между давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций соответственно на расчетном этаже при Dp₁=10 Па;

Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций , Па, следует определять по формуле [8]:

, (7)

где — высота здания (от поверхности земли до верха карниза), м;

, — удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м 3 , определяемый по формуле

, (8)

— максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, м/c;

— сопротивление воздухопроницанию, м 2 ×ч×Па/кг определяемое для окон и балконных дверей по формуле [8]:

(9)

— нормативная воздухопроницаемость наружных ограждающих конструкций, кг/(м 2 ×ч), находится из таблицы в [8];

— длина стыков стеновых панелей, м.

, Вт (10)

где — расход удаляемого воздуха, м 3 /ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом; для жилых зданий — удельный нормативный расход 3 м 3 /ч на 1 м 2 жилых помещений;

— плотность воздуха в помещении, кг/м 3 .

Теплота, поступающая от системы отопления.Тепловая потребность помещения, которую должна обеспечивать система отопления, есть (см. формулу (1)):

, Вт (11)

, Вт (12)

, Вт (13)

где — теплоотдача от радиаторов, Вт;

— теплоотдача от подводящих трубопроводов, Вт.

С помощью формул (11) и (13) нужно найти и сопоставить действительную и требуемую теплоотдачу от радиаторов в квартире. При этом следует:

1. Найти — действительную теплоотдачу от радиаторов — из таблиц [4, 5] в зависимости от типа радиаторов, количества секций и расчетной температуры воздуха в помещении;

2. Найти по изложенной ниже методике и, подставив ее в формулу (13), получить — требуемую теплоотдачу — и сопоставить ее с .

найдем по методике, изложенной в [10]. Для этого по таблице определим площадь в эквивалентных квадратных метрах (экм) одного метра неизолированного участка трубопровода в зависимости от его диаметра. Найдем теплоотдачу с 1 экм по формуле:

, (14)

где — разность между температурой воды, поступающей в радиатор и расчетной температурой воздуха в помещении.

Тогда теплоотдача от подводящих труб вычисляется по формуле:

, (15)

где — поправочный коэффициент на статус подводящих трубопроводов и равен:

а) 0.5 – для стояков;

б) 0.9 – для подводок к радиаторам;

в) 0.25 – для магистралей над потолком;

г) 0.75 — для магистралей под потолком;

— длина отдельных участков, м.

Теплоотдача с гладкотрубного змеевика в ванной рассчитывается по формуле, указанной в [10], Вт:

, (16)

где — площадь требуемой теплоотдающей поверхности змеевика, экм;

= 1.0 (для ванной комнаты); 1.03 (для других помещений)- поправочный коэффициент на остывание воды в трубопроводах;

= 0.95 – коэффициент учета числа секций;

= 1.14 (для ванной комнаты); 0.95 (для других помещений) – коэффициент учета способа подводки теплоносителя к нагревательному прибору и изменение теплоотдачи в зависимости от относительного расхода воды;

= 1.0 – коэффициент учета способа установки нагревательного прибора и различные укрытия.

Теплоотдача от бытовых электроприбороввычисляется по формуле[11]:

, Вт (17)

где — потребляемая прибором мощность, Вт;

— коэффициент, учитывающий переход электрической энергии в тепловую;

— время работы прибора, с/сут.

Теплоотдача от человека вычисляется по формуле [11]:

, Вт (18)

где — количество человек в квартире;

— коэффициент, учитывающий интенсивность физической нагрузки:

— легкая работа 1.0,

— средняя работа 1.07,

— тяжелая работа 1.15;

— коэффициент, учитывающий утепленность одежды:

— легкая одежда 1.0,

— одежда средней утепленности 0.66,

— одежда высокой утепленности 0.5;

— подвижность воздуха в помещении, 0.10 – 0.12 м/с;

— время пребывания людей в помещении, с/сут.

Оценка удельной тепловой характеристики квартиры.Удельную тепловую характеристику квартиры можно рассчитать по формуле [11]:

, Вт/(м 3 ×°С) (19)

где — расчетные тепловые потери через наружные ограждения всеми помещениями квартиры, Вт;

— объем квартиры по внешнему обмеру, м 3 .

Расчет годовых затрат теплоты.В [9] указывается, что для Санкт-Петербурга месяцы с октября по апрель включительно есть месяцы со среднемесячной температурой менее 8 °С. Согласно [10], продолжительность отопительного сезона составляет 219 суток. При этом средняя температура наружного воздуха в отопительный сезон составляет –2.2 °С.

Найдем годовые затраты теплоты по формуле [11]:

, ГДж (20)

где — установочная тепловая мощность системы отопления по укрупненным показателям, Вт:

(21)

— средняя температура наружного воздуха в отопительный сезон, °С;

— продолжительность отопительного сезона, сут.

Таким образом вычислив все вышеприведенные компоненты можно составить тепловой баланс помещения, оценить его удельную тепловую характеристику и годовые затраты на отопление и выработать перечень мероприятий по сбережению тепловой энергии.

Дата добавления: 2016-11-29 ; просмотров: 10902 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Тепловой баланс помещения

Главным назначением любой отопительной системы является создание комфортного микроклимата для находящихся в помещении людей и обеспечение правильного температурно-влажностный режима для размещенного там оборудования, мебели и прочих объектов.

Как определить тепловой баланс

Тепловой баланс помещения определяется как сумма всех тепло поступлений (от отопительных приборов, людей, оборудования) за вычетом всех теплопотерь (инфильтрация наружного воздуха, нагрев приточного воздуха, теплопотери через ограждающие конструкции).

Поддержание теплового баланса складывается из двух составляющих, дополняющих друг друга.

Первый, статический, компонент включает в себя теоретический расчет теплопотерь всех помещений на основании площади остекления, толщины и материала наружных и внутренних ограждающих конструкций, расположения помещения относительно сторон света и других данных, а также подбор необходимого отопительного оборудования (отопительного котла, радиаторов и пр.) по полученным данным.

Для этих целей используются специальные инженерные формулы, по которым раньше составляли сводные таблицы. Теперь, с появлением компьютеров, расчет можно поручить специальным программам.

Удельная тепловая характеристика гражданского здания

Где V отапливаемый объем здания,м3;

S — Площадь наружных стен,м2

F— Площадь здания (в плане)

а — Доля остекления, %.

В принципе, на этом этапе многие и заканчивают. И совершенно напрасно. Правильно проведенный расчет теплопотерь и грамотное размещение теплового оборудования не смогут создать комфортной атмосферы в помещении без индивидуально настроенных средств управления теплоотдачей.

Поэтому вторым важным компонентом поддержания теплового баланса являются устройства регулировки температуры подающей линии в зависимости от изменяющихся внешних условий.

Они подразделяются на централизованные, т.е. подключаемые непосредственно к отопительному котлу и влияющие на температуру теплоносителя во всех контурах, и местные, изменяющие температуру теплоносителя или теплоотдачу отдельных веток или узлов.

К первым относятся, например, погодозависимая и комнатная автоматика, ко вторым — смесительные модули и термостатические головки на радиаторах