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:

 

Q_со=SQ_пот-SQ_пост, (3.1)

 

где: Q_со – теплонедостаток, т.е. расчётная мощность системы отопления, Вт;

SQ_пот – суммарные тепловые потери помещениями, Вт;

SQ_пост – суммарные теплопоступления в помещения, Вт.

Если в здании (обычно производственном) SQ_пост>SQ_пот, то отапливать помещение не нужно, а теплоизбыток устраняется, например, работой приточной вентиляции.

В общем случае потери теплоты определяются следующим образом:

 

SQ_пот=Q_огр+Q_и+Q_мат+Q_проч, (3.2)

 

где: Q_огр – теплопотери через наружные ограждающие конструкции, Вт;

Q_и – теплопотери на нагревание инфильтрующегося воздуха, Вт;

Q_мат – теплопотери на нагревание материалов и транспорта, поступающих в помещение, и имеющих температуру ниже температуры воздуха в помещении, Вт;

Q_проч – прочие неучтённые теплопотери, Вт.

Теплопоступления в помещение в общем случае определяются по формуле:

 

SQ_пост=Q_об+Q_мат+Q_быт+Q_эл+Q_чел+Q_ср+Q_проч, (3.3)

 

где: Q_об – теплопоступления от технологического оборудования, Вт;

Q_мат – теплопоступления от материалов и транспорта, поступающих в помещение, и имеющих температуру выше температуры воздуха в помещении, Вт;

Q_быт – бытовые тепловыделения, Вт;

Q_эл – теплопоступления от электрооборудования и освещения, Вт;

Q_чел – теплопоступления от людей, Вт;

Q_ср – теплопоступления за счёт солнечной радиации, Вт;

Q_проч – 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:

 

Q=Q₁b₁b₂+Q₂-Q₃, (3.4)

 

где: Q₁ – расчётные тепловые потери здания, кВт, определяемые по формуле:

 

Q₁=(Q_а+Q_в), (3.5)

 

где: Q_а - тепловой поток, кВт, через ограждающие конструкции;

Q_в - потери теплоты, кВт, на нагревание инфильтрующегося воздуха.

Величины Q_а и Q_в 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 1м² общей площади.

Теплопотери через ограждающие конструкции [1, с.106-112]

Тепловой поток Q_а, кВт, рассчитывается для каждого элемента ограждающей конструкции по формуле:

 

Q_а=(1/R)A(t_в-t_н)(1-b)n×10^-3, (3.6)

 

где: А – расчётная площадь ограждающей конструкции, м².

 

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 м². 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, м²°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].

t_в – расчётная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая согласно требованиям норм проектирования зданий различного назначения с учётом повышения её в зависимости от высоты помещения;

t_н – 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 Q_в, 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:

 

Q_в=0,337А_пh(t_в-t_н)10^-3, (3.7)

 

где: А_п – площадь пола помещения, м²;

h – высота помещения от пола до потолка, м, но не более 3,5.

Потери тепла Q_в, 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:

 

Q_в=0,7В(Н+0,8Р)(t_в-t_н)10^-3, (3.8)

 

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:

 

Q_в=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].

 

Лекция 5