Расчет теплового баланса: Расчет теплового баланса помещений

Содержание

Расчет теплового баланса помещений

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_поств 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, t_р, ^оС

Ограждающие конструкции

Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции к, Вт/м^2оС

Расчетная разность температур (t_р

-t_ext), ^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

Продолжение таблицы 3

Теплопотери через ограждающие конструкции, Q_o_гр, Вт	Суммарные тепловые потери через ограждающие конструкции Σ Q_o_гр, Вт	Расход теплоты на естественную вентиляцию Q_вент., Вт	Бытовые теплопоступления Q_быт, Вт	Расчетные тепловые потери помещения Qрасч, Вт

∑Qрасч =

Читайте также:

Расчет теплового баланса помещения

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

Тепловой баланс — это строгий учёт поступления и расхода тепла в помещение. В поступлении тепла в животноводческих помещениях главная роль принадлежит животным, а расход его идёт по нескольким направлениям:) на обогрев вентилируемого воздуха;

Б) на испарение влаги с ограждающих конструкций;) на потерю через ограждающие конструкции.

Тепловой баланс бывает нулевым, отрицательным и положительным. Нормативные параметры микроклимата выдерживаются только при нулевом тепловом балансе.

Расчёт теплового баланса ведут по формуле :

Qжив == Qвент + Qисп + Qзд; где:

Qжив- количество тепла, выделяемого животными;

Qbент- тепла на подогрев вентилируемого воздуха;

Qисп- количество тепла, расходуемого на испарение влаги сограждающих конструкций;

Qзд- количество тепла, расходуемого на теплопередачу через ограждающие конструкции;

Для расчета нам понадобятся следующие данные:

Внутренние размеры помещения: длина 70м, ширина 18м, высота в коньке 5м, высота стен 3м. Стены из обыкновенного кирпича, толщиной 0.655м. Окна двойные, размером 2.1 х 1.1, их количество 30 штук. В 2.2 х2.8, их 5 штук. Потолок совмещен с крышей. Покрытие шифер и рубероид, утеплитель (толщиной 0.14м).

Температура в помещении 16⁰, относительная влажность 75%. Район — Орша, средняя температура наружного воздуха в январе -7.8⁰. средняя абсолютная влажность наружного воздуха в январе 2.63г/м³.

Поголовье: свиньи с живой массой 200 кг — 50 голов;

свиньи с живой массой 150 кг — 50 голов;

свиньи с живой массой 100 кг — 200 голов;

свиньи с живой массой 90 кг — 300 голов;

свиньи с живой массой 80 кг — 100 голов;

свиньи с живой массой 60 кг — 100 голов.

1. Расчет количества тепла, выделяемого животными (Qжив).:

свиней массой 200 кг выделяют 100*302= 30200ккал/ч

200 свиней массой 100 кг выделяют 200*228 =22800 ккал/ч

свиней массой 90 кг выделяют 300*161 =19600 ккал/ч

свиней массой 80 кг выделяют 100*185 = 18500 ккал/ч

свиней массой 60 кг выделяют 270*189 = 16100 ккал/ч. Итого, все животные выделяют: 169200 ккал/ч

. Расчет расхода тепла в помещении:

расчет количества тепла на подогрев вентилируемого воздуха ведутпо формуле: Qbент = 0.24 х G x Δ t, где 0.24 — теплоёмкость воздуха;

G — количество воздуха в кг, которое ежечасно должно поступать в помещение и удаляться из него в январе месяце;

Δt — разность между температурой внутреннего воздуха помещения и наружного.

Сначала надо провести корректировку расчета объема вентиляции на январь

L январь = Q : (q₁ — q_янв) = 147550/(10.15-2.63) = 19621 м³/ч;

затем переведем объемные единицы в весовые — 1 м³воздуха при температуре 16⁰С и средним барометрическим давлением 760 мм рт. ст. весит 1.222 кг.

тогда: G = 19621 * 1.222 = 23976.86 кг/ч.

Δt января будет составлять +16°С — (-7.8°С) = +23.8°С.

Qвент = 0.24*23976.86*23.8 =136955.8 ккал/ч.

Расчёт количества тепла, расходуемого на испарение влаги с ограждающих конструкций/проводят, исходя из того, что на испарение 1 гвлаги необходимо 0.595 ккал, количество влаги , испаряющейся с ограждающих конструкций, определяем в виде % надбавки , от влаги выделяемой животными, в нашем случае- 34050 г/ч.

Qисп = 34050 * 0.595 = 20259.75 ккал/ч

Расчёт тепла, расходуемого на теплопередачу через ограждающие конструкции, проводят по формуле:

Q _0.з.д = К х F х Δt, где

К — коэффициент общей теплопередачи материала, ккал/ч/м²/град;

F — площадь ограждающих конструкции, м²;

t — разность между температурой внутреннего воздуха и наружного, ⁰С.

Коофициенты общей теплопередачи отдельных конструкций: совмещенного перекрытия 0.75; стен 0.84; окон 2.3; ворот и дверей 2.0.

Для удобства расчётов следует их предоставить в виде таблицы:

Таблица 2

Название окружающей конструкции	К	F	KxF	Δt	Теплопотери Ккал/ч
1	2	3	4	5	6
1. Крыша	0.75	70(2²+9²)2=1290.8 m^z	968.1	23.8	23040.78
2. Окна	2.3	2.11.130=69.3м²	159.4	23.8	3793.5
3. Ворота	2.0	(2.2х2.8)*5=30.8 м²	61.6	23.8	1466.08
Стены за вычетом окон и ворот	0.84	70+(0.6552)= 71.31м 18+(0.6552)=19.31 м (71.31(3+0.185)2)+(19.3132) + +(9.655(20.185)*2)=577.24м² 577.24-(30.8+69.3)=677.34м²	568.97	23.8	13541.38
5. Пол:
1-я зона	0.4	(702)2+(182)2=352м²	140.8	23.8	3351.04
2-я зона	0.2	(70-4)22+(18-8) * 2 * 2 = 296	61.6	23.8	1466.08
3-я зона 4-я зона	0.1 0.06	((70-8)22)+((18-12)22)=272м²(70-12)*(18-12)=348м²	27.2 20.88	23.8	647.36 496.94
Итого:			2008.55		47803.16

К полученному результату необходимо сделать прибавку в 13% на теплопередачу через стены, окна и ворота:

(3793.5 + 1466.08 + 13541.38)*0.13 = 2444.12 ккал/ч

Итого: 47803.16 + 2444.12 = 50247.29 ккал/ч

Суммарный расход тепла в помещении будет составлять 207468.84 ккал/ч

Теперь рассчитаем тепловой баланс помещения по формуле:

Qжив = Qвент + Qисп + Qзд

+20259.75+50247.29==169200

Расчет показывает, что расход тепла превышает его поступление на 38262.84ккал/ч, что свидетельствует об отрицательном тепловом балансе помещения. Допускаются отклонения +/- 10% к расчетным данным.

Определим Δt нулевого баланса

Δt нул.бал = (Qжив- Qисп): (Gx 0.24 +KF)

Δt нул.бал = (169200 — 20259.75): (23976.82*0.24 + 2008.55)= 19.2°С.

Так как средняя январская температура в Орше будет составлять -7.8 °С, то температура внутри помещения будет:

^OC-7.8°C = 11.5°C.

Эта температура не соответствует зоогигиеническим требованиям (16⁰), следовательно, в помещении требуется дополнительный подогрев. Для чего мы используем электрокалориферную установку СФОА-100. Система электропитания предусматривает автоматичеcкое секционное включение нагревательных элементов на 33, 66 и 100% номинальной мощности, с теплоотдачей 90 кВт.

Читайте также:

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.

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

Читайте также:

формулы, правила, примеры выполнения. Тепловой баланс зданий и сооружений

Введение

Что будет, если смешать полстакана холодной воды при температуре
и полстакана горячей при температуре
? Из жизненного опыта нам понятно, что вся вода станет теплой и ее температура будет где-то между
и
. Т. к. холодной и горячей воды было поровну, то и температура, скорее всего, будет около
.

Если горячей воды будет стакан, а холодной – ведро (см. рис. 1), то после смешивания температура будет точно не
, а где-то ближе к

Рис. 1. Смешивание воды разной температуры

Понятно, что если вместо стакана горячей воды будет горячий медный цилиндр, установится другая температура. Сегодня мы научимся решать задачу с таким вопросом: что будет, если смешать несколько разных жидкостей или привести их в контакт с разными твердыми телами, при разных температурах? Какая температура при этом установится?

В любом случае горячие тела будут отдавать теплоту, холодные – принимать, пока система не придет к такому состоянию, когда тепло уже не передается. Об этом состоянии сегодня и пойдет речь.

Итак, у нас есть нагретое тело. Как количественно измерить, как сильно оно нагрето? Если поместим над раскаленным камнем вертушку из бумаги, то она начнет крутиться из-за восходящего потока теплого воздуха (см. рис. 2).

Рис. 2. Раскаленный камень и вертушка

Если мы наполним воздушный шар горячим воздухом, то он легко поднимет корзину с несколькими людьми! Получается, что в нагретом теле есть какая-то энергия, которую, в принципе, можно превратить в механическую работу. Эта энергия называется внутренней, и измерить ее можно по работоспособности. Логично, что измеряется она, как и работа, в джоулях.

Внутренняя энергия тела

Как изменить внутреннюю энергию тела? Можно совершить над телом работу. Действительно, если долго тереть друг о друга деревянные палочки, они могут даже загореться. Если много раз сгибать проволоку, место сгиба сильно нагреется. Если бить по гвоздю молотком – они нагреются. При этом, согласно закону сохранения энергии, механическая энергия переходит в тепловую, которая представляет собой механическую энергию молекул (см. рис. 3).

Рис. 3. Механическая энергия переходит в тепловую

Можно увеличить внутреннюю энергию тела, просто передав ее от другого тела. Как? Так же, как передается кинетическая энергия от одного бильярдного шара другому – при соударении (см. рис. 4) – так и в веществе она передается от одной частицы к другой.

Рис. 4. Передача кинетической энергии шарами

Если энергия передается от одной соседней частицы к другой, процесс называется теплопроводностью (см. рис. 5), если частицы перемещаются далеко внутри вещества и там отдают энергию – процесс называется конвекцией (см. рис. 6).

Рис. 5. Теплопроводность

Рис. 6. Конвекция

Есть особенный, бесконтактный способ передачи энергии – через излучение (см. рис. 7).

Рис. 7. Излучение

Вспомнить это более подробно вы сможете, перейдя к ответвлениям.

Теплопроводность

Мы рассмотрели, как гвоздь нагревается от удара молотка. Если гвоздь будет контактировать с горячей водой, то по атомам гвоздя будут ударять молекулы воды: результат тот же, внутренняя энергия гвоздя увеличится.

Гвоздь нагреется не только в месте контакта с водой. Атомы с большей энергией так же будут ударять по соседним атомам внутри гвоздя, и гвоздь постепенно нагреется весь (см. рис. 8).

Рис. 8. Передача атомами энергии

Описанный перенос тепла называется теплопроводностью. В результате теплопроводности нагревается ложка в чашке с чаем, нагревается сама чашка, нагревается тряпка, через которую мы берем горячую кастрюлю (см. рис. 9).

Рис. 9. Примеры теплопроводности

Конвекция

Если вещество жидкое или газообразное, то молекулы в нем не зафиксированы на одном месте, они могут перемещаться внутри вещества. Другими словами, газы и жидкости могут перемешиваться. И молекула с большей энергией может не передать ее соседней молекуле, а переместиться в другое место и столкнуться там с другой молекулой.

Так нагревается вода в кастрюле. Огонь на плите нагревает только нижнюю часть кастрюли, в результате теплопроводности кастрюля нагревается вся и теплота передается воде. А дальше, мы знаем, теплая вода поднимается наверх, холодная – опускается вниз, они смешиваются, и происходит теплообмен.

Рис. 10. Естественная конвекция

Этот процесс называется конвекция.

Конвекция может быть естественной, как в случае с водой в кастрюле или с потоком теплого воздуха от батареи отопления. А может быть вынужденной: можно ведь смешать холодную и горячую воду ложкой, а горячий воздух обогревателя с холодным воздухом комнаты – с помощью вентилятора (см. рис. 11).

Рис. 11. Примеры вынужденной конвекции

Откуда берется ветер

Ветер на нашей планете возникает из-за того, что Земля и воздух над ней прогреваются солнечными лучами неравномерно.

Над одними участками воздух нагревается сильнее, чем над другими. В результате он поднимается вверх, потому что он расширяется и его плотность уменьшается. Его место занимает более холодный воздух с других, менее прогретых участков (см. рис. 12).

Рис. 12. Движение воздуха

А движение воздуха и есть ветер.

Например, почва нагревается быстрее, чем вода, при этом ветер дует со стороны воды, как мы только что описали (см. рис. 13).

Рис. 13. Нагревание земли

При понижении температуры, например вечером, почва остывает быстрее, тогда ветер дует с суши (см. рис. 14).

Рис. 14. Остывание земли

Неравномерное прогревание может быть из-за облачности, из-за неравномерной растительности или снежного покрова, и во всех этих случаях возникает конвекция.

Излучение

Смешивание холодной и горячей воды

Вернемся к примеру со смешиванием холодной и горячей воды. Теплота передается с помощью конвекции и теплопроводности, в любом случае теплообмен будет протекать до тех пор, пока вся вода не будет иметь одну температуру. Теплота передается от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой (см. рис. 17), и понятно, что этот процесс прекратится, когда температуры тел станут равны.

Рис. 17. Передача тепла

Теплота может передаваться окружающему воздуху, столу, на котором стоит сосуд, может пойти на выполнение работы. Эти потери энергии чаще всего пренебрежимо малы, и для решения большинства задач ими можно пренебречь. Мы рассмотрим модель замкнутой системы тел, в которой теплообмен происходит только между телами внутри системы.

В такой системе если одни тела отдают теплоту, то другие принимают, при этом сколько теплоты отдано одними телами, столько принято другими. То есть теплообмен подчиняется закону сохранения энергии. Математически это можно записать так:

При этом стоит помнить, что отданная или принятая в процессе теплообмена энергия – это изменение внутренней энергии (мы считаем, что жидкости и твердые тела не совершают работы). То есть, говоря о конкретном количестве теплоты, переданном или полученном, мы не знаем абсолютного значения внутренней энергии, нам его и не нужно знать при рассмотрении теплообмена.

Закон сохранения энергии

Чем определяется количество теплоты?

Теперь разберемся, чем определяется количество теплоты, которое тело отдает при охлаждении или принимает при нагревании.

Понятно, что чем больше горячей воды мы нальем в ведро с холодной, тем больше холодная вода нагреется. То есть чем больше вещества, тем больше в нем содержится теплоты. Что значит «больше вещества»? Речь о массе, объеме или количестве молекул?

Среди перечисленных величин выбрали именно массу: объем при изменении температуры изменяется, а количество молекул измерять неудобно, намного удобнее взвесить вещество. Итак, количество теплоты пропорционально именно массе:
.

Почему поглощаемая энергия пропорциональна массе?

Количество теплоты, которое принимает тело, идет на увеличение его внутренней энергии. Внутренняя энергия – это суммарная энергия частиц вещества: атомов или молекул. Значит, изменение внутренней энергии должно быть пропорционально количеству частиц:
.Однако таким параметром, как количество молекул, мы пользуемся редко, это неудобно, удобнее взвесить вещество и говорить о его массе.

Масса вещества равна массе одной молекулы, умноженной на количество молекул:
, тогда количество молекул равно
.

Тогда можно записать
или
, т. к. масса одной молекулы – величина постоянная для данного вещества, и она будет учтена в коэффициенте пропорциональности, который как раз определяется отдельно для каждого вещества и учитывает его параметры: массу молекул, связь между ними, связь кинетической энергии молекул и температуры.

Таким образом, среди параметров, показывающих, сколько взято вещества, мы можем пользовать наиболее удобный – массу.

Количество теплоты зависит не только от массы вещества, но и от типа вещества. 10-килограммовая железная гиря остынет намного быстрее и при этом выделит меньше теплоты, чем 10 кг воды (рис. 20).

Рис. 20. Скорость остывания

А также количество отданной или принятой теплоты зависит от разности температур: от того, на сколько градусов остывает или нагревается тело, от
. На самом деле количество теплоты – это тоже «дельта», оно показывает изменение энергии.

Количество переданной или полученной телом теплоты
, а коэффициент пропорциональности, который называется удельной теплоемкостью и обычно обозначается
, определяется веществом. Удельная теплоемкость – это количество теплоты, которое нужно передать 1 кг вещества, чтобы нагреть его на
:

c = const

Теперь в задачах, в которых описан тепловой баланс, мы сможем рассчитать по известной формуле количество теплоты, поглощенное при нагревании одних тел, и количество теплоты, отданное при остывании других тел. И тогда только останется правильно записать уравнение
.

Обратите внимание, что мы сейчас не рассматриваем случаи, когда вещество меняет агрегатное состояние. Например, удельная теплоемкость воды равна
, это значит, что 1 кг воды при нагревании на каждый градус поглощает 4200 Дж теплоты. Но когда температура достигает
, при поглощении теплоты температура вообще не изменяется, пока вода не испарится (рис. 22): теплота идет на разрушение связей между молекулами и парообразование

Рис. 22. Поглощение тепла

То же происходит и при плавлении твердых тел. Поэтому формулой
мы пользуемся только для таких изменений температур, при которых не меняется агрегатное состояние вещества.

Расчет теплопотерь через ОК

Для вычислений потребуются следующие сведения:

строение стен, используемые материалы, их толщина, КТ;
наружная температура в предельно холодную пятидневку зимы в городе;
площадь ОК;
ориентация ОК;
рекомендуемая температура в жилище в зимний период.

Для вычисления ТП нужно найти общее тепловое сопротивление Rок. Для этого нужно узнать тепловое сопротивление R1, R2, R3, …, Rn каждого слоя ОК.

Коэффициент Rn рассчитывается по формуле:

Rn = B/k,

В формуле: B – толщина слоя ОК в мм, k – КТ каждого слоя.

Общее R возможно определить по выражению:

R = ∑Rn

Производители дверей и окон обычно указывают коэффициент R в паспорте к изделию, поэтому рассчитывать его отдельно нет необходимости.

Тепловое сопротивление окон можно не рассчитывать, поскольку в техническом паспорте уже присутствуют необходимые сведения, что упрощает вычисление ТП

Общая формула расчета ТП через ОК выглядит следующим образом:

Qok = ∑S × (tvnt – tnar) × R × l,

В выражении:

S – площадь ОК, м2;
tvnt – желаемая температура в помещении;
tnar – наружная температура воздуха;
R – коэффициент сопротивления, рассчитывается отдельно или берется из паспорта изделия;
l – уточняющий коэффициент, учитывающий ориентацию стен относительно сторон света.

Расчет ТБ позволяет подобрать оборудование необходимой мощности, что исключит вероятность образования дефицита тепла или его переизбытка. Дефицит тепловой энергии компенсируют путем увеличение потока воздуха через вентиляцию, переизбыток – установкой дополнительного отопительного оборудования.

Тепловые расходы вентиляции

Общая формула расчета ТП вентиляции имеет следующий вид:

Qv = 0.28 × Ln × pvnt × c × (tvnt – tnar),

В выражении переменные имеют следующий смысл:

Ln – затраты поступающего воздуха;
pvnt – плотность воздуха при определенной температуре в помещении;
c – теплоемкость воздуха;
tvnt – температура в доме;
tnar – наружная температура воздуха.

Если в здании установлена вентиляция, то параметр Ln берется из технических характеристик к прибору. Если же вентиляция отсутствует, то берется стандартный показатель удельного воздухообмена, равный 3 м3 в час.

Исходя из этого, Ln вычисляется по формуле:

Ln = 3 × Spl,

В выражении Spl – площадь пола.

2% от всех тепловых потерь приходится на инфильтрацию, 18% – на вентиляцию. Если помещение оборудовано системой вентиляции, то в расчетах учитывают ТП через вентиляцию, а инфильтрацию во внимание не берут

Далее следует вычислить плотность воздуха pvnt при заданной в помещении температуре tvnt.

Сделать это можно по формуле:

pvnt = 353/(273+tvnt),

Удельная теплоемкость c = 1.0005.

Если вентиляция или инфильтрация неорганизованная, в стенах присутствуют щели или дыры, то вычисление ТП через отверстия следует доверить специальным программам.

Пример расчета теплового баланса

Рассмотрим дом высотой 2.5 м, шириной 6 м и длиной 8 м, располагающийся в городе Оха в Сахалинской области, где в предельно холодную 5-дневку градусник термометра опускается на -29 градусов.

В результате измерения было установлена температура грунта – +5. Рекомендуемая температура внутри конструкции составляет +21 градус.

Изобразить схему дома удобнее всего на бумаге, указав не только длину, ширину и высоту постройки, но и ориентированность относительно сторон света, а также расположение, габариты окон и дверей

Стены рассматриваемого дома состоят из:

кирпичной кладки толщиной В=0.51 м, КТ k=0.64;
минеральной ваты В=0.05 м, k=0.05;
облицовки В=0.09 м, k=0.26.

При определении k лучше воспользоваться таблицами, представленными на сайте производителя, или найти информацию в техническом паспорте изделия.

Зная теплопроводность, можно подобрать максимально эффективные с точки зрения тепловой изоляции материалы. Исходя из вышеприведенной таблицы, наиболее целесообразно использовать в строительстве минераловатные плиты и пенополистирол

Напольное покрытие состоит из следующих слоев:

OSB-плит В=0.1 м, k=0.13;
минваты В=0.05 м, k=0.047;
стяжки цементной В=0.05 м, k=0.58;
пенополистирола В=0.06 м, k=0.043.

В доме подвальное помещение отсутствует, а пол имеет одинаковое строение по всей площади.

Потолок состоит из слоев:

листов гипсокартона B=0.025 м, k= 0.21;
утеплителя В=0.05 м, k=0.14;
кровельного перекрытия В=0.05 м, k=0.043.

Выходы на чердак отсутствуют.

В доме всего 6 двухкамерных окон с И-стеклом и аргоном. Из технического паспорта на изделия известно, что R=0.7. Окна имеют габариты 1.1х1.4 м.

Двери имеют габариты 1х2.2 м, показатель R=0.36.

Шаг #1 – расчет теплопотерь стены

Стены по всей площади состоят из трех слоев. Вначале рассчитаем их суммарное тепловое сопротивление.

Для чего используем формулу:

R = ∑Rn,

и выражение:

Rn = B/k

Учитывая исходные сведения, получим:

Rst = 0.51/0.64 + 0.05/0.05 + 0.09/0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14

Узнав R, можно приступить к расчетам ТП северной, южной, восточной и западной стены.

Добавочные коэффициенты учитывают особенности расположения стен относительно сторон света. Обычно в северной части во время холодов образуется “роза ветров”,в результате чего ТП с этой стороны будут выше, чем с других

Вычислим площадь северной стены:

Ssev.sten = 8 × 2.5 = 20

Тогда, подставляя в формулу Qok = ∑S × (tvnt – tnar) × R × l и учитывая, что l=1.1, получим:

Qsev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354

Площадь южной стены Syuch.st = Ssev.st = 20.

В стене отсутствуют встроенные окна или двери, поэтому, учитывая коэффициент l=1, получим следующие ТП:

Qyuch.st = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140

Для западной и восточной стены коэффициент l=1.05. Поэтому можно найти общую площадь этих стен, то есть:

Szap.st + Svost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30

В стены встроено 6 окон и одна дверь. Рассчитаем общую площадь окон и S дверей:

Sokn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

Sdv = 1 × 2.2 = 2.2

Определим S стен без учета S окон и дверей:

Svost+zap = 30 – 9.24 – 2.2 = 18.56

Подсчитаем общие ТП восточной и западной стены:

Qvost+zap =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

Получив результаты, подсчитаем количество тепла, уходящего через стены:

Qst = Qsev.st + Qyuch.st + Qvost+zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Итого общие ТП стен составляют 6 кВт.

Шаг #2 – вычисление ТП окон и дверей

Окна располагаются на восточной и западной стенах, поэтому при расчетах коєффициент l=1.05. Известно, что строение всех конструкций одинаково и R=0.7.

Используя значения площади, приведенные выше, получим:

Qokn = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

Зная, что для дверей R=0.36, а S=2.2, определим их ТП:

Qdv = 2.2 × (21 +29) × 1.05 × 0.36 = 42

В итоге через окна выходит 340 Вт тепла, а через двери – 42 Вт.

Шаг #3 – определение ТП пола и потолка

Очевидно, что площадь потолка и пола будет одинакова, и вычисляется следующим образом:

Spol = Sptl = 6 × 8 = 48

Рассчитаем общее тепловое сопротивление пола с учетом его строения.

Rpol = 0.1/0.13 + 0.05/0.047 + 0.05/0.58 + 0.06/0.043 = 0.77 + 1.06 + 0.17 + 1.40 = 3.4

Зная, что температура грунта tnar=+5 и учитывая коэффициент l=1, вычислим Q пола:

Qpol = 48 × (21 – 5) × 1 × 3.4 = 2611

Округлив, получим, что теплопотери пола составляют около 3 кВт.

В расчетах ТП нужно учитывать слои, влияющие на тепловую изоляцию, например, бетон, доски, кирпичная кладка, утеплители и др

Определим тепловое сопротивление потолка Rptl и его Q:

Rptl = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
Qptl = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832

Отсюда следует, что через потолок и пол уходит почти 6 кВт.

Шаг #4 – вычисление ТП вентиляции

В помещении вентиляция организована, вычисляется по формуле:

Qv = 0.28 × Ln × pvnt × c × (tvnt – tnar)

Исходя из технических характеристик, удельный теплообмен составляет 3 кубических метра в час, то есть:

Ln = 3 × 48 = 144.

Для вычисления плотности используем формулу:

pvnt = 353/(273+tvnt).

Расчетная температура в помещении составляет +21 градус.

ТП вентиляции не рассчитывают, если система снабжена устройством подогрева воздуха

Подставляя известные значения, получим:

pvnt = 353/(273+21) = 1.2

Подставим в вышеприведенную формулу полученные цифры:

Qv = 0.28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21 – 29) = 2431

Учитывая ТП на вентиляцию, общее Q здания составит:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Переведя в кВт, получим общие тепловые потери 16 кВт.

Галерея изображенийФото из В расчетах нагревательного агрегата для водяного отопления следует учитывать теплотворную способность топлива — количество тепла, выделяемого при его сгоранииПри сгорании 1 кг каменного угля выделяется 5600–7000 ккал/кг тепловой энергии, при сгорании бурого аналога только 2200–3200 ккал/кгНемногим эффективней бурого угля дрова, поставляющие только 2700–3200 ккал/кг. Однако это один из самых дешевых и доступных видов топливаНаиболее выгоден для использования в частном хозяйстве газ, выделяющий 8400 ккал/нм³ при сжигании одного его кубометра. Правда при использовании газа из баллонов или газгольдера цены будут повышеПроведение учета теплотворной способности топливаОпределение количества тепла при сгорании угляСпособность при сжигании дровОптимальный вариант — использование голубого топлива

Особенности расчета СВО

После нахождения показателя ТП переходят к гидравлическому расчету (далее – ГР).

На его основе получают информацию о следующих показателях:

оптимальном диаметре труб, который при перепадах давления будет способен пропускать заданное количество теплоносителя;
расходе теплоносителя на определенном участке;
скорости движения воды;
значении удельного сопротивления.

Перед началом расчетов для упрощения вычислений изображают пространственную схему системы, на которой все ее элементы располагают параллельно друг другу.

На схеме изображена система отопления с верхней разводкой, движение теплоносителя – тупиковое

Рассмотрим основные этапы расчетов водяного отопления.

ГР главного циркуляционного кольца

Методика расчета ГР основывается на предположении, что во всех стояках и ветвях перепады температуры одинаковые.

Алгоритм расчета следующий:

На изображенной схеме, учитывая теплопотери, наносят тепловые нагрузки, действующие на отопительные приборы, стояки.
Исходя из схемы, выбирают главное циркуляционное кольцо (далее – ГЦК). Особенность этого кольца в том, что в нем циркуляционное давление на единицу длины кольца принимает наименьшее значение.
ГЦК разбивают на участки, имеющие постоянные расход тепла. Для каждого участка указывают номер, тепловую нагрузку, диаметр и длину.

В вертикальной системе однотрубного типа в качестве ГЦК берется то кольцо, через которое проходит наиболее нагруженный стояк при тупиковом или попутном движении воды по магистралям. Детальнее об увязывании циркуляционных колец в однотрубной системе и выборе основного мы говорили в следующей статье. Отдельно уделили внимание порядку выполнения расчетов, используя для наглядности конкретный пример.

В вертикальных системах двухтрубного типа ГЦК проходит через нижнее отопительное устройство, имеющее максимальную нагрузку при тупиковом или попутном движении воды

В горизонтальной системе однотрубного типа ГЦК должно иметь наименьшее циркуляционное давление да единицу длины кольца. Для систем с естественной циркуляцией ситуация аналогична.

При ГР стояков вертикальной системы однотрубного типа проточные, проточно-регулируемые стояки, имеющие в своем составе унифицированные узлы, рассматривают в качестве единого контура. Для стояков с замыкающими участками производят разделение, учитывая распределение воды в трубопроводе каждого приборного узла.

Расход воды на заданном участке вычисляется по формуле:

Gkont = (3.6 × Qkont × β1 × β2)/((tr – t0) × c)

В выражении буквенные символы принимаю следующие значения:

Qkont – тепловая нагрузка контура;
β1, β2 – добавочные табличные коэффициенты, учитывающие теплоотдачу в помещении;
c – теплоемкость воды, равна 4,187;
tr – температура воды в подающем магистрали;
t0 – температура воды в обратной магистрали.

Определив диаметр и количество воды, необходимо узнать скорость ее движения и значение удельного сопротивления R. Все расчеты удобнее всего осуществить с помощью специальных программ.

ГР второстепенного циркуляционного кольца

После ГР главного кольца определяют давление в малом циркуляционном кольце, образующееся через ближайшие его стояки, учитывая, что потери давления могут отличаться на не более чем 15 % при тупиковой схеме и не более, чем на 5%, при попутной.

Если невозможно увязать потери давления, устанавливают дроссельную шайбу, диаметр которой вычисляют с использованием программных методов.

Расчет радиаторных батарей

Вернемся к плану дома, размещенного выше. Путем вычислений было выявлено, что для поддержания теплового баланса потребуется 16 кВт энергии. В рассматриваемом доме 6 помещений разного назначения – гостиная, санузел, кухня, спальня, коридор, прихожая.

Исходя из габаритов конструкции, можно вычислить объем V:

V=6×8×2.5=120 м3

Далее нужно найти количество тепловой мощности на один м3. Для этого Q необходимо поделить на найденный объем, то есть:

P=16000/120=133 Вт на м3

Далее необходимо определить, сколько тепловой мощности потребуется для одной комнаты. На схеме площадь каждого помещения уже рассчитана.

Определим объем:

санузел – 4.19×2.5=10.47;
гостиная – 13.83×2.5=34.58;
кухня – 9.43×2.5=23.58;
спальня – 10.33×2.5=25.83;
коридор – 4.10×2.5=10.25;
прихожая – 5.8×2.5=14.5.

В расчетах также нужно учитывать помещения, в которых отопительных батарей нет, например, коридор.

Коридор отапливается пассивным способом, в него тепло будет поступать за счет циркуляции теплового воздуха при передвижении людей, через дверные проемы и др

Определим необходимое количество тепла для каждой комнаты, умножив объем комнаты на показатель Р.

Получим требуемую мощность:

для санузла – 10.47×133=1392 Вт;
для гостиной – 34.58×133=4599 Вт;
для кухни – 23.58×133=3136 Вт;
для спальни – 25.83×133=3435 Вт;
для коридора – 10.25×133=1363 Вт;
для прихожей – 14.5×133=1889 Вт.

Приступим к расчету радиаторных батарей. Будем использовать алюминиевые радиаторы, высота которых составляем 60 см, мощность при температуре 70 равна 150 Вт.

Подсчитаем необходимое количество радиаторных батарей:

санузел – 1392/150=10;
гостиная – 4599/150=31;
кухня – 3136/150=21;
спальня – 3435/150=23;
прихожая – 1889/150=13.

Итого потребуется: 10+31+21+23+13=98 радиаторных батарей.

У нас на сайте также есть другие статьи, в которых мы подробно рассмотрели порядок выполнения теплового расчета системы отопления, пошаговый расчет мощности радиаторов и труб отопления. А если ваша система предполагает наличие теплых полов, то вам понадобится выполнить дополнительные вычисления.

Более подробно все эти вопросы освещены в следующих наших статьях:

Тепловой расчёт системы отопления: как грамотно сделать расчет нагрузки на систему
Расчет радиаторов отопления: как рассчитать необходимое количество и мощность батарей
Расчет объема трубы: принципы вычислений и правила производства расчетов в литрах и кубических метрах
Как сделать расчет теплого пола на примере водяной системы
Расчёт труб для тёплого пола: виды труб, способы и шаг укладки + расчет расхода

Рассчитаем приходную часть теплового баланса

Определим количество тепла, поступающее в реактор с исходными реагентами:

где Срi — изобарные теплоемкости исходных реагентов;

Gi — мольный поток i-того реагента;

Тi — температура исходных реагентов;

а) рассчитаем для циклогексана:

б) рассчитаем для кислорода:

в) рассчитаем для бензола:

г) рассчитаем для азота:

Определим количество тепла, которое выделяется или поглощается в результате химической реакции:

а) для основной реакции:

или 67915,59

б) для побочной реакции:

или 651,74

Так как тепло поглощается во всех реакциях (основной и побочной), получаем:

Так как Рассчитаем расходную часть теплового баланса

Определим количество тепла, которое выходит из реактора с продуктами реакции:

где Срj — изобарные теплоемкости исходных реагентов;

Gj — мольный поток j-того реагента;

Тj — температура исходных реагентов.

а) рассчитаем для циклогексанона:

б) рассчитаем для воды:

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

Использование воды в качестве теплоносителя в системе отопления – один из самых популярных вариантов обеспечить свой дом теплом в холодное время года. Нужно лишь правильно спроектировать, а затем выполнить монтаж системы. Иначе отопление будет неэффективным при высоких затратах топлива, что, согласитесь, крайне неинтересно при сегодняшних ценах на энергоресурсы.

Осуществить самостоятельно расчет водяного отопления (далее – СВО) без использования профильных программ невозможно, поскольку в вычислениях используются сложные выражения, определить значения которых с помощью обычного калькулятора нельзя. В этой статье мы подробно разберем алгоритм выполнения вычислений, приведем применяемые формулы, рассмотрев ход выполнения расчетов на конкретном примере.

Изложенный материал дополним таблицами со значениями и справочными показателями, которые нужны при проведении вычислений, тематическими фото и видеороликом, в котором продемонстрирован наглядный пример расчета путем использования программы.

Содержание статьи:

Расчет теплового баланса жилищной конструкции

Для внедрения обогревательной установки, где в качестве циркуляционного вещества выступает вода, требуется предварительно произвести точные .

При разработке, внедрении любой системы обогревательного типа необходимо знать тепловой баланс (далее – ТБ). Зная тепловую мощность для поддержания температуры в помещении, можно правильно подобрать оборудование и грамотно распределить его нагрузку.

Зимой помещение несет определенные тепловые потери (далее – ТП). Основная масса энергии выходит через ограждающие элементы и вентиляционные проемы. Незначительные расходы приходятся на инфильтрацию, нагревание предметов и др.

Галерея изображений

Фото из

Выполнение расчета водяного отопления

Потери через конструкции

Учет обогрева поступающего воздуха

Вентиляция с подмесом свежего воздуха

Учет потерь на подготовку горячей воды

Вычисление эффективности перерабатываемого в котле горючего

Один из вариантов устройства отопительного контура

Система с открытым расширительным бачком

ТП зависят от слоев, из которых состоят ограждающие конструкции (далее – ОК). Современные строительные материалы, в частности, утеплители, обладают низким (далее – КТ), благодаря чему через них уходит меньше тепла. Для домов одинаковой площади, но с разным строением ОК, тепловые затраты будут отличаться.

Помимо определения ТП, важно вычислить ТБ жилища. Показатель учитывает не только количество энергии, покидающей помещение, но и количество необходимой мощности для поддержания определенных градусных мер в доме.

Наиболее точные результаты дают профильные программы, разработанные для строителей. Благодаря им возможно учесть больше факторов, влияющих на ТП.

Наибольшее количество тепла покидает помещение через стены, пол, крышу, наименьшее – через двери, оконные проемы

С высокой точностью можно вычислить ТП жилища с помощью формул.

Общие тепловые расходы дома рассчитывают по уравнению:

Q = Q_ok + Q_v,

Где Q_ok – количество тепла, покидающее помещение через ОК; Q_v – тепловые расходы вентиляции.

Потери через вентиляцию учитываются в том случае, если воздух, попадающий в помещение, имеет более низкую температуру.

В расчетах обычно учитывают ОК, входящие одной стороной на улицу. Это наружные стены, пол, крыша, двери и окна.

Общие ТП Q_ok равны сумме ТП каждой ОК, то есть:

Q_ok = ∑Q_st + ∑Q_okn + ∑Q_dv +∑Q_ptl + ∑Q_pl,

Где:

Q_st – значение ТП стен;
Q_okn – ТП окон;
Q_dv– ТП дверей;
Q_ptl– ТП потолка;
Q_pl – ТП пола.

Если пол или потолок имеет неодинаковое строение по всей площади, то ТП вычисляют для каждого участка отдельно.

Расчет теплопотерь через ОК

Для вычислений потребуются следующие сведения:

строение стен, используемые материалы, их толщина, КТ;
наружная температура в предельно холодную пятидневку зимы в городе;
площадь ОК;
ориентация ОК;
рекомендуемая температура в жилище в зимний период.

Для вычисления ТП нужно найти общее тепловое сопротивление R_ок. Для этого нужно узнать тепловое сопротивление R₁, R₂, R₃, …, R_n каждого слоя ОК.

Коэффициент R_n рассчитывается по формуле:

Rn = B/k,

В формуле: B – толщина слоя ОК в мм, k – КТ каждого слоя.

Общее R возможно определить по выражению:

R = ∑R_n

Общая формула расчета ТП через ОК выглядит следующим образом:

Q_ok = ∑S × (t_vnt – t_nar) × R × l,

В выражении:

S – площадь ОК, м²;
t_vnt – желаемая температура в помещении;
t_nar – наружная температура воздуха;
R – коэффициент сопротивления, рассчитывается отдельно или берется из паспорта изделия;
l – уточняющий коэффициент, учитывающий ориентацию стен относительно сторон света.

Тепловые расходы вентиляции

Общая формула расчета ТП вентиляции имеет следующий вид:

Q_v = 0.28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt – t_nar),

В выражении переменные имеют следующий смысл:

L_n– затраты поступающего воздуха;
p_vnt – плотность воздуха при определенной температуре в помещении;
c – теплоемкость воздуха;
t_vnt – температура в доме;
t_nar – наружная температура воздуха.

Если в здании установлена вентиляция, то параметр L_n берется из технических характеристик к прибору. Если же вентиляция отсутствует, то берется стандартный показатель удельного воздухообмена, равный 3 м³ в час.

Исходя из этого, L_n вычисляется по формуле:

L_n = 3 × S_pl_,

В выражении S_pl – площадь пола.

Далее следует вычислить плотность воздуха p_vnt при заданной в помещении температуре t_vnt.

Сделать это можно по формуле:

p_vnt = 353/(273+t_vnt)_,

Удельная теплоемкость c = 1.0005.

В другой нашей статье мы привели подробный здания с конкретными примерами и формулами.

Пример расчета теплового баланса

Стены рассматриваемого дома состоят из:

кирпичной кладки толщиной В=0.51 м, КТ k=0.64;
минеральной ваты В=0.05 м, k=0.05;
облицовки В=0.09 м, k=0.26.

Напольное покрытие состоит из следующих слоев:

OSB-плит В=0.1 м, k=0.13;
минваты В=0.05 м, k=0.047;
стяжки цементной В=0.05 м, k=0.58;
пенополистирола В=0.06 м, k=0.043.

В доме подвальное помещение отсутствует, а пол имеет одинаковое строение по всей площади.

Потолок состоит из слоев:

листов гипсокартона B=0.025 м, k= 0.21;
утеплителя В=0.05 м, k=0.14;
кровельного перекрытия В=0.05 м, k=0.043.

Выходы на чердак отсутствуют.

Двери имеют габариты 1х2.2 м, показатель R=0.36.

Шаг #1 – расчет теплопотерь стены

Стены по всей площади состоят из трех слоев. Вначале рассчитаем их суммарное тепловое сопротивление.

Для чего используем формулу:

R = ∑R_n_,

и выражение:

R_n = B/k

Учитывая исходные сведения, получим:

R_st = 0.51/0.64 + 0.05/0.05 + 0.09/0.26 = 0.79 +1 + 0.35 = 2.14

Узнав R, можно приступить к расчетам ТП северной, южной, восточной и западной стены.

Вычислим площадь северной стены:

S_sev.sten = 8 × 2.5 = 20

Тогда, подставляя в формулу Q_ok = ∑S × (t_vnt – t_nar) × R × l и учитывая, что l=1.1, получим:

Q_sev.sten = 20 × (21 + 29) × 1.1 × 2.14 = 2354

Площадь южной стены S_yuch.st = S_sev.st = 20.

В стене отсутствуют встроенные окна или двери, поэтому, учитывая коэффициент l=1, получим следующие ТП:

Q_yuch.st = 20 × (21 +29) × 1 × 2.14 = 2140

Для западной и восточной стены коэффициент l=1.05. Поэтому можно найти общую площадь этих стен, то есть:

S_zap.st + S_vost.st = 2 × 2.5 × 6 = 30

В стены встроено 6 окон и одна дверь. Рассчитаем общую площадь окон и S дверей:

S_okn = 1.1 × 1.4 × 6 = 9.24

S_dv = 1 × 2.2 = 2.2

Определим S стен без учета S окон и дверей:

S_vost+zap = 30 – 9.24 – 2.2 = 18.56

Подсчитаем общие ТП восточной и западной стены:

Q_vost+zap =18.56 × (21 +29) × 2.14 × 1.05 = 2085

Получив результаты, подсчитаем количество тепла, уходящего через стены:

Qst = Q_sev.st + Q_yuch.st + Q_vost+zap = 2140 + 2085 + 2354 = 6579

Итого общие ТП стен составляют 6 кВт.

Шаг #2 – вычисление ТП окон и дверей

Используя значения площади, приведенные выше, получим:

Q_okn = 9.24 × (21 +29) × 1.05 × 0.7 = 340

Зная, что для дверей R=0.36, а S=2.2, определим их ТП:

Q_dv = 2.2 × (21 +29) × 1.05 × 0.36 = 42

В итоге через окна выходит 340 Вт тепла, а через двери – 42 Вт.

Шаг #3 – определение ТП пола и потолка

Очевидно, что площадь потолка и пола будет одинакова, и вычисляется следующим образом:

S_pol = S_ptl = 6 × 8 = 48

Рассчитаем общее тепловое сопротивление пола с учетом его строения.

R_pol = 0.1/0.13 + 0.05/0.047 + 0.05/0.58 + 0.06/0.043 = 0.77 + 1.06 + 0.17 + 1.40 = 3.4

Зная, что температура грунта t_nar=+5 и учитывая коэффициент l=1, вычислим Q пола:

Q_pol = 48 × (21 – 5) × 1 × 3.4 = 2611

Округлив, получим, что теплопотери пола составляют около 3 кВт.

Определим тепловое сопротивление потолка R_ptl и его Q:

R_ptl = 0.025/0.21 + 0.05/0.14 + 0.05/0.043 = 0.12 + 0.71 + 0.35 = 1.18
Q_ptl = 48 × (21 +29) × 1 × 1.18 = 2832

Отсюда следует, что через потолок и пол уходит почти 6 кВт.

Шаг #4 – вычисление ТП вентиляции

В помещении вентиляция организована, вычисляется по формуле:

Q_v = 0.28 × L_n × p_vnt × c × (t_vnt – t_nar)

Исходя из технических характеристик, удельный теплообмен составляет 3 кубических метра в час, то есть:

L_n = 3 × 48 = 144.

Для вычисления плотности используем формулу:

p_vnt = 353/(273+t_vnt).

Расчетная температура в помещении составляет +21 градус.

ТП вентиляции не рассчитывают, если система снабжена устройством подогрева воздуха

Подставляя известные значения, получим:

p_vnt = 353/(273+21) = 1.2

Подставим в вышеприведенную формулу полученные цифры:

Q_v = 0.28 × 144 × 1.2 × 1.005 × (21 – 29) = 2431

Учитывая ТП на вентиляцию, общее Q здания составит:

Q = 7000 + 6000 + 3000 = 16000.

Переведя в кВт, получим общие тепловые потери 16 кВт.

Галерея изображений

Фото из

Проведение учета теплотворной способности топлива

Определение количества тепла при сгорании угля

Способность при сжигании дров

Оптимальный вариант — использование голубого топлива

Особенности расчета СВО

После нахождения показателя ТП переходят к гидравлическому расчету (далее – ГР).

На его основе получают информацию о следующих показателях:

оптимальном диаметре труб, который при перепадах давления будет способен пропускать заданное количество теплоносителя;
расходе теплоносителя на определенном участке;
скорости движения воды;
значении удельного сопротивления.

На схеме изображена система отопления с верхней разводкой, движение теплоносителя – тупиковое

Рассмотрим основные этапы расчетов водяного отопления.

ГР главного циркуляционного кольца

Алгоритм расчета следующий:

На изображенной схеме, учитывая теплопотери, наносят тепловые нагрузки, действующие на отопительные приборы, стояки.
Исходя из схемы, выбирают главное циркуляционное кольцо (далее – ГЦК). Особенность этого кольца в том, что в нем циркуляционное давление на единицу длины кольца принимает наименьшее значение.
ГЦК разбивают на участки, имеющие постоянные расход тепла. Для каждого участка указывают номер, тепловую нагрузку, диаметр и длину.

В вертикальной системе однотрубного типа в качестве ГЦК берется то кольцо, через которое проходит наиболее нагруженный стояк при тупиковом или попутном движении воды по магистралям. Детальнее об увязывании циркуляционных колец в однотрубной системе и выборе основного мы говорили . Отдельно уделили внимание порядку выполнения расчетов, используя для наглядности конкретный пример.

В горизонтальной системе однотрубного типа ГЦК должно иметь наименьшее циркуляционное давление да единицу длины кольца. Для систем с ситуация аналогична.

Расход воды на заданном участке вычисляется по формуле:

G_kont = (3.6 × Q_kont × β₁ × β₂)/((t_r – t₀) × c)

В выражении буквенные символы принимаю следующие значения:

Q_kont – тепловая нагрузка контура;
β_1,β₂ – добавочные табличные коэффициенты, учитывающие теплоотдачу в помещении;
c – теплоемкость воды, равна 4,187;
t_r – температура воды в подающем магистрали;
t₀ – температура воды в обратной магистрали.

ГР второстепенного циркуляционного кольца

Расчет радиаторных батарей

Исходя из габаритов конструкции, можно вычислить объем V:

V=6×8×2.5=120 м³

Далее нужно найти количество тепловой мощности на один м³. Для этого Q необходимо поделить на найденный объем, то есть:

P=16000/120=133 Вт на м³

Определим объем:

санузел – 4.19×2.5=10.47;
гостиная – 13.83×2.5=34.58;
кухня – 9.43×2.5=23.58;
спальня – 10.33×2.5=25.83;
коридор – 4.10×2.5=10.25;
прихожая – 5.8×2.5=14.5.

В расчетах также нужно учитывать помещения, в которых отопительных батарей нет, например, коридор.

Определим необходимое количество тепла для каждой комнаты, умножив объем комнаты на показатель Р.

Получим требуемую мощность:

для санузла – 10.47×133=1392 Вт;
для гостиной – 34.58×133=4599 Вт;
для кухни – 23.58×133=3136 Вт;
для спальни – 25.83×133=3435 Вт;
для коридора – 10.25×133=1363 Вт;
для прихожей – 14.5×133=1889 Вт.

Подсчитаем необходимое количество радиаторных батарей:

санузел – 1392/150=10;
гостиная – 4599/150=31;
кухня – 3136/150=21;
спальня – 3435/150=23;
прихожая – 1889/150=13.

Итого потребуется: 10+31+21+23+13=98 радиаторных батарей.

Более подробно все эти вопросы освещены в следующих наших статьях:

Выводы и полезное видео по теме

В видео можно ознакомиться с примером расчета водяного отопления, который осуществляется средствами программы Valtec:

Гидравлические расчеты лучше всего осуществлять с помощью специальных программ, которые гарантируют высокую точность вычислений, учитывают все нюансы конструкции.

Вы специализируетесь на выполнении расчета систем отопления с использованием воды в качестве теплоносителя и хотите дополнить нашу статью полезными формулами, поделиться профессиональными секретами?

А может хотите акцентировать внимание на дополнительных расчетах или указать на неточность в наших вычислениях? Пишите, пожалуйста, свои замечания и рекомендации в блоке под статьей.

Расчет водяного отопления: пример расчета теплового баланса

Для внедрения обогревательной установки, где в качестве циркуляционного вещества выступает вода, требуется предварительно произвести точные гидравлические вычисления.

Осуществить самостоятельно расчет водяного отопления (далее — СВО) без использования профильных программ невозможно, поскольку в вычислениях используются сложные выражения, определить значения которых с помощью обычного калькулятора нельзя.

Содержание статьи:

Тепловой баланс жилищной конструкции
- Расчет теплопотерь через ОК
- Тепловые расходы вентиляции
Пример расчета теплового баланса
- Расчет теплопотерь стены
- Вычисление ТП окон и дверей
- Определение ТП пола и потолка
- Вычисление ТП вентиляции
Особенности расчета СВО
- ГР главного циркуляционного кольца
- ГР второстепенного циркуляционного кольца
- Расчет радиаторных батарей
Выводы и полезное видео по теме

Тепловой баланс жилищной конструкции

Галерея изображений

Фото из

Грамотный расчет водяного отопления по аналогии с другими видами систем необходим для подбора нагревательного агрегата, способного полноценно возместить потери тепла

В расчетах суммируются все виды потерь через ограждающие конструкции, утечки через дверные и оконные проемы

В вычислениях мощности оборудования следует учесть необходимость обогрева воздуха, поступающего в помещения во время проветривания и через неплотно закрытые створки окон и полотна дверей

В обязательном порядке учитывается обогрев воздушного потока, поставляемого приточной принудительной вентиляцией с функцией частичного подмеса свежей порции воздуха

При включении двухконтурного котла в схему отопления в подсчете реальной мощности учитывается энергия, потраченная на нагрев горячей воды

Правильно выполненные расчеты предполагают определение эффективности нагревательного агрегата и используемого топлива

Большинство отопительных контуров в пределах обогреваемого помещения прокладываются открыто, кроме конструктивно расположенных в полу или стенах вариантов. В закрытых схемах необходимо учесть энергию на нагрев конструкций

В открытых схемах отопления, контактирующих напрямую с атмосферой через расширительный бачок, учитывается потери на остывания теплоносителя

Главное правило для расчета отопления

Потери через конструкции

Учет обогрева поступающего воздуха

Вентиляция с подмесом свежего воздуха

Учет потерь на подготовку горячей воды

Эффективность перерабатываемого в котле горючего

Варианты устройства отопительных контуров в доме

Система с открытым расширительным бачком

ТП зависят от слоев, из которых состоят ограждающие конструкции (далее — ОК). Современные строительные материалы, в частности, утеплители, обладают низким коэффициентом теплопроводности (далее – КТ), благодаря чему через них уходит меньше тепла. Для домов одинаковой площади, но с разным строением ОК, тепловые затраты будут отличаться.

Наибольшее количество тепла покидает помещение через стены, пол, крышу, наименьшее — через двери, оконные проемы

С высокой точностью можно вычислить ТП жилища с помощью формул.

Общие тепловые расходы дома рассчитывают по уравнению:

В выражении — количество тепла, покидающее помещение через ОК, — тепловые расходы вентиляции.

В расчетах обычно учитывают ОК, входящие одной стороной на улицу. Это наружные стены, пол, крыша, двери и окна. Общие ТП равны сумме ТП каждой ОК, то есть:

В уравнении:

— значение ТП стен;
— ТП окон;
— ТП дверей;
— ТП потолка;
— ТП пола.

Расчет теплопотерь через ОК

Для вычислений потребуются следующие сведения:

строение стен, используемые материалы, их толщина, КТ;;
наружная температура в предельно холодную пятидневку зимы в городе;
площадь ОК;
ориентация ОК;
рекомендуемая температура в жилище в зимний период.

Для вычисления ТП нужно найти общее тепловое сопротивление R_ок. Для этого нужно узнать тепловое сопротивление R1, R2, R3, …, Rn каждого слоя ОК.

Коэффициент Rn рассчитывается по формуле:

В формуле B — толщина слоя ОК в мм, k — КТ каждого слоя.

Общее R возможно определить по выражению:

Общая формула расчета ТП через ОК выглядит следующим образом.

В выражении:

S — площадь ОК, м²;
t_vnt — желаемая температура в помещении;
t_nar — наружная температура воздуха;
R — коэффициент сопротивления, рассчитывается отдельно или берется из паспорта изделия;
l — уточняющий коэффициент, учитывающий ориентацию стен относительно сторон света.

Тепловые расходы вентиляции

Общая формула расчета ТП вентиляции имеет следующий вид:

В выражении переменные имеют следующий смысл:

— затраты поступающего воздуха;
— плотность воздуха при определенной температуре в помещении;
с — теплоемкость воздуха;
— температура в доме;
— наружная температура воздуха.

Если в здании установлена вентиляция, то параметр берется из технических характеристик к прибору. Если же вентиляция отсутствует, то берется стандартный показатель удельного воздухообмена, равный 3 м³ в час. Исходя из этого, вычисляется по формуле:

В выражении — площадь пола.

2% от всех тепловых потерь приходится на инфильтрацию, 18% — на вентиляцию. Если помещение оборудовано системой вентиляции, то в расчетах учитывают ТП через вентиляцию, а инфильтрацию во внимание не берут

Далее следует вычислить плотность воздуха при заданной в помещении температуре . Сделать это можно по формуле:

Удельная теплоемкость .

Пример расчета теплового баланса

В результате измерения было установлена температура грунта — +5. Рекомендуемая температура внутри конструкции составляет +21 градус.

Стены рассматриваемого дома состоят из:

кирпичной кладки толщиной В=0.51 м, КТ k=0.64;
минеральной ваты В=0.05 м, k=0.05;
облицовки В=0.09 м, k=0.26.

Напольное покрытие состоит из следующих слоев:

OSB-плит В=0.1 м, k=0.13;
минваты В=0.05 м, k=0.047;
стяжки цементной В=0.05 м, k=0.58;
пенополистирола В=0.06 м, k=0.043.

В доме подвальное помещение отсутствует, а пол имеет одинаковое строение по всей площади.

Потолок состоит из слоев:

листов гипсокартона B=0.025 м, k= 0.21;
утеплителя В=0.05 м, k=0.14;
кровельного перекрытия В=0.05 м, k=0.043.

Выходы на чердак отсутствуют.

Двери имеют габариты 1х2.2 м, показатель R=0.36.

Расчет теплопотерь стены

Стены по всей площади состоят из трех слоев. Вначале рассчитаем их суммарное тепловое сопротивление, используя формулу:

и выражение

Учитывая исходные сведения, получим:

Узнав R, можно приступить к расчетам ТП северной, южной, восточной и западной стены.

Добавочные коэффициенты учитывают особенности расположения стен относительно сторон света. Обычно в северной части во время холодов образуется «роза ветров»,в результате чего ТП с этой стороны будут выше, чем с других

Вычислим площадь северной стены

Тогда, подставляя в формулу

и учитывая, что l=1.1, получим:

Площадь южной стены . В стене отсутствуют встроенные окна или двери, поэтому, учитывая коэффициент l=1, получим следующие ТП:

Для западной и восточной стены коэффициент l=1.05. Поэтому можно найти общую площадь этих стен, то есть:

В стены встроено 6 окон и одна дверь. Рассчитаем общую площадь окон и S дверей:

Определим S стен без учета S окон и дверей:

Подсчитаем общие ТП восточной и западной стены:

Получив результаты, подсчитаем количество тепла, уходящего через стены:

Итого общие ТП стен составляют 6 кВт.

Вычисление ТП окон и дверей

Окна располагаются на восточной и западной стенах, поэтому при расчетах коєффициент l=1.05. Известно, что строение всех конструкций одинаково и R=0.7. Используя значения площади, приведенные выше, получим:

Зная, что для дверей R=0.36, а S=2.2, определим их ТП:

В итоге через окна выходит 340 Вт тепла, а через двери — 42 Вт.

Определение ТП пола и потолка

Очевидно, что площадь потолка и пола будет одинакова, и вычисляется следующим образом:

Рассчитаем общее тепловое сопротивление пола с учетом его строения.

Зная, что температура грунта t_nar=+5 и учитывая коэффициент l=1, вычислим Q пола:

Округлив, получим, что теплопотери пола составляют около 3 кВт.

В расчетах ТП нужно учитывать слои, влияющие на тепловую изоляцию, например, бетон, доски, кирпичная кладка, утеплители и др. (+)

Определим R_ptl.

Определив тепловое сопротивление потолка, найдем его Q:

Отсюда следует, что через потолок и пол уходит почти 6 кВт.

Вычисление ТП вентиляции

В помещении вентиляция организована, вычисляется по формуле:

Исходя из технических характеристик, удельный теплообмен составляет 3 кубических метра в час, то есть:

Для вычисления плотности используем формулу:

Расчетная температура в помещении составляет +21 градус.

ТП вентиляции не рассчитывают, если система снабжена устройством подогрева воздуха

Подставляя известные значения, получим:

Подставим в вышеприведенную формулу полученные цифры:

Учитывая ТП на вентиляцию, общее Q здания составит:

Переведя в кВт, получим общие тепловые потери 16 кВт.

Галерея изображений

Фото из

В расчетах нагревательного агрегата для водяного отопления следует учитывать теплотворную способность топлива — количество тепла, выделяемого при его сгорании

При сгорании 1 кг каменного угля выделяется 5600–7000 ккал/кг тепловой энергии, при сгорании бурого аналога только 2200–3200 ккал/кг

Немногим эффективней бурого угля дрова, поставляющие только 2700–3200 ккал/кг. Однако это один из самых дешевых и доступных видов топлива

Наиболее выгоден для использования в частном хозяйстве газ, выделяющий 8400 ккал/нм³ при сжигании одного его кубометра. Правда при использовании газа из баллонов или газгольдера цены будут повыше

Учет теплотворной способности топлива

Количество тепла при сгорании угля

Способность при сжигании дров

Оптимальный вариант — голубое топливо

Особенности расчета СВО

После нахождения показателя ТП переходят к гидравлическому расчету (далее — ГР), на основе которого получают информацию о:

оптимальном диаметре труб, который при перепадах давления будет способен пропускать заданное количество теплоносителя;
расходе теплоносителя на определенном участке;
скорости движения воды;
значении удельного сопротивления.

На схеме изображена система отопления с верхней разводкой, движение теплоносителя — тупиковое (+)

Рассмотрим основные этапы расчетов водяного отопления.

ГР главного циркуляционного кольца

Алгоритм расчета следующий:

На изображенной схеме, учитывая теплопотери, наносят тепловые нагрузки, действующие на отопительные приборы, стояки.
Исходя из схемы, выбирают главное циркуляционное кольцо (далее — ГЦК). Особенность этого кольца в том, что в нем циркуляционное давление на единицу длины кольца принимает наименьшее значение.
ГЦК разбивают на участки, имеющие постоянные расход тепла. Для каждого участка указывают номер, тепловую нагрузку, диаметр и длину.

Расход воды на заданном участке вычисляется по формуле:

В выражении буквенные символы принимаю следующие значения:

— тепловая нагрузка контура;

— добавочные табличные коэффициенты, учитывающие теплоотдачу в помещении;

c — теплоемкость воды, равна 4,187;

— температура воды в подающем магистрали;

— температура воды в обратной магистрали.

ГР второстепенного циркуляционного кольца

Расчет радиаторных батарей

Исходя из габаритов конструкции, можно вычислить объем V:

V=6*8*2.5=120 м³

P=16000/120=133 Вт на м³

Далее необходимо определить, сколько тепловой мощности потребуется для одной комнаты. На схеме площадь каждого помещения уже рассчитана. Определим объем:

санузел – 4.19*2.5=10.47;
гостиная – 13.83*2.5=34.58;
кухня – 9.43*2.5=23.58;
спальня – 10.33*2.5=25.83;
коридор – 4.10*2.5=10.25;
прихожая – 5.8*2.5=14.5.

В расчетах также нужно учитывать помещения, в которых отопительных батарей нет, например, коридор.

Определим необходимое количество тепла для каждой комнаты, умножив объем комнаты на показатель Р. Получим требуемую мощность:

для санузла: 10.47*133=1392 Вт;
для гостиной: 34.58*133=4599 Вт;
для кухни: 23.58*133=3136 Вт;
для спальни: 25.83*133=3435 Вт;
для коридора: 10.25*133=1363 Вт;
для прихожей: 14.5*133=1889 Вт.

Приступим к расчету радиаторных батарей. Будем использовать алюминиевые радиаторы, высота которых составляем 60 см, мощность при температуре 70 равна 150 Вт. Подсчитаем необходимое количество радиаторных батарей.

санузел: 1392:150=10
гостиная: 4599:150=31
кухня: 3136:150=21
спальня: 3435:150=23
прихожая: 1889:150=13

Итого потребуется 98 радиаторных батарей.

Выводы и полезное видео по теме

Расчет общего коэффициента теплопередачи

Задача: Расчет общего коэффициента теплопередачи

Определите общий коэффициент теплопередачи «U» для теплопередачи, происходящей от перегретого пара в стальной трубе в атмосферу, при следующих условиях.
Номинальный размер трубы = 8 «
Тип трубы = STD
Средняя температура пара по длине трубы = 200 ⁰ C
Температура окружающего воздуха = 22 ⁰ C
Коэффициент теплопередачи на стороне пара = h _S = 0 .08 Вт / ⁰ Cm ²
Коэффициент теплопередачи на воздушной стороне = h _A = 0,04 Вт / ⁰ Cm ²
проводимость ‘k’ стали = 60 Вт / мК (при заданном диапазоне температур )

Решение

Общий коэффициент теплопередачи для теплообменника — это константа пропорциональности, используемая для расчета общей скорости теплопередачи между двумя телами, возникающей из разницы температур между этими двумя телами.

Проблему с примером можно решить, выполнив действия, описанные здесь.Сначала разрабатывается уравнение для определения общего коэффициента теплопередачи для этой трубы как функции отдельных коэффициентов теплопередачи с обеих сторон, а также проводимости, а затем рассчитывается общий коэффициент теплопередачи с использованием разработанного уравнения.

Шаг 1

См. Статью EnggCyclopedia о коэффициентах теплопередачи, чтобы узнать о соотношении между скоростью теплопередачи и отдельными коэффициентами теплопередачи внутри и снаружи трубы.

Q = h _S × A _S × (T _S -T ₁) — теплопередача на стороне пара
(T _S -T ₁) = Q / (h _S × A _S) … (1)

Q = h _A × A _A × (T ₂ -T _A) — теплопередача на стороне пара
(T _A -T ₂) = Q / (h _A × А _А) … (2)

Для теплопроводной передачи тепла через стенку трубы,

Следовательно,

(T ₁ -T ₂) = Q × ln (r ₂ / r ₁) / (2πkN)… (3)

(1) + (2) + (3) дает,

(T _S -T _A) = (T _S -T ₁) + (T _A -T ₂) + (T ₁ -T ₂)

(T _S -T _A) = Q × (1 / ч _S × A _S + 1 / h _A × A _A + ln (r2 / r1) / 2πkN)

Так как Q = U _A × A _A × (T _S -T _A),

U _A = 1 / (A _A / ч _S A _S + 1 / h _A + A _A ln (r2 / r1) / 2πkN)

Рассмотрим единицу длины трубы, т.е.е. N = 1 м

Тогда A _A = 2πr ₂ и A _S = 2πr ₁

U _A = 1 / (r ₂ / h _S r ₁ + 1 / h _A + r ₂ × ln (r2 / r1) / k) … (4)

Шаг 2

, где N — длина трубы, а r — радиус трубы. Индексы 1 и 2 обозначают внутреннюю и внешнюю стенки трубы соответственно. Электропроводность металла трубки выражается как «k».

Из калькулятора стандартных размеров трубопровода EnggCyclopedia, для 8-дюймовой стандартной трубы STD, внутренний диаметр трубы
= d ₁ = 202.72 мм = 0,20 м
Внешний диаметр трубы = d ₂ = 219,08 мм = 0,22 м
r ₁₀ = 0,1 м и r ₂ = 0,11 м

Используя данные и уравнение (4),

U _A = 1 / (0,11 / (0,08 × 0,10) + 1 / 0,04 + 0,11 × ln (1,1) / 60)

U _A = 1 / (13,75 + 25 + 0,00018) ≈ 1 / 38,75

U _A = 0,026 Вт / ⁰ Cm ²

Шаг 3

Следует отметить, что термины «1 / h _S», «1 / h _A» и «r ₂ × ln (r2 / r1) / k» представляют сопротивление теплопередаче для конвекции внутри и снаружи трубы и для проводимости через стенку трубы соответственно.Меньшая величина сопротивления теплопередаче указывает на более легкую передачу тепла.

Таким образом, можно отметить, что теплопередача наиболее легко переносится через стенку трубы и представлена незначительным значением сопротивления теплопередаче.

С другой стороны, сопротивление теплопередаче выше для конвективной теплопередачи и обратно пропорционально соответствующему коэффициенту теплопередачи. Отсюда видно, что большая часть сопротивления теплопередаче обеспечивается теплопередачей на воздушной стороне трубы, которая имеет самый низкий коэффициент теплопередачи.

Наконец, можно заметить, что общий коэффициент теплопередачи ниже, чем коэффициенты теплопередачи на обеих сторонах трубы. Это объясняется просто определением общего коэффициента теплопередачи, который связывает его с самой большой разницей температур в системе теплопередачи.

Тепловой баланс | Статья о тепловом балансе в Free Dictionary

— сравнение полученного и затраченного тепла (как израсходованного, так и потерянного) в различных тепловых процессах.Тепловые балансы используются в технике для анализа тепловых процессов, происходящих, например, в паровых котлах, печах и тепловых машинах. Тепловой баланс может быть выражен в единицах энергии, таких как джоули или калории, или в процентах от общего количества тепла на единицу мощности, за час работы, за период времени (цикл) или на килограмм используемого материала. В научных исследованиях тепловые балансы используются для решения многих задач, например, в астрофизике, геофизике, химии и биологии.

Тепловой баланс рассчитывается на основе энтальпий веществ, участвующих в процессе, и теплоты соответствующих химических реакций. Для сложных процессов, особенно в таких областях, как металлургия и химическая инженерия, расчет теплового баланса предшествует расчету материального баланса, то есть сравнению масс веществ на входе и выходе в процессе. Здесь тепловой баланс объекта часто получается как сумма тепловых балансов единиц оборудования, составляющих объект.Различают расчетные тепловые балансы и экспериментальные тепловые балансы, полученные на основе данных тепловых испытаний.

Рисунок 1 . Тепловой баланс двигателя транспортного средства: (а) тепло, расходуемое на полезные цели, (б) тепло, теряемое выхлопными газами, (в) тепло, теряемое охлаждающей жидкостью, (г) другие тепловые потери

форма уравнения, в котором одна сторона дает сумму количества подводимого тепла, а другая сторона дает количество использованного или потерянного тепла.Тепловые балансы также могут быть представлены в виде таблицы или диаграммы (рисунок 1). Тепловой баланс парового котла, например, можно выразить следующим уравнением:

Здесь — теплота сгорания топлива, Q _f — энтальпия топлива, Q _a — энтальпия воздуха, Q ₁ — чистота, переданная рабочему телу, Q ₂ — тепло, потерянное с уходящими газами, Q ₃ и Q ₄ — тепловые потери из-за химического и механического недожога топлива, а Q ₅ — тепловые потери за счет излучения.

Числовое значение КПД установки и отдельных частей установки может быть определено из данных теплового баланса.

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЕЧИ Тепловой баланс печи — это средство определения термического КПД процесса и сравнения относительного.

Презентация на тему: «РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЕЧИ Тепловой баланс печи — это средство определения термического КПД процесса и сравнения относительного.»- стенограмма презентации:

1 РАСЧЕТ ТЕПЛОБАЛАНСА ПЕЧИ Тепловой баланс печи — это средство определения термической эффективности процесса и сравнения относительных величин тепловых потерь. Тепловой баланс может выполняться для процесса, части процесса или для нескольких процессов.Базовая температура должна быть зафиксирована для теплового баланса, в котором могут быть использованы расчеты явного тепла. тепловой баланс ведется по единице количества сырья, основного продукта, эталонного топлива фиксированной теплотворной способности.

2 ПУНКТЫ ПОДАЧИ ТЕПЛА В ТЕПЛОБАЛАНСЕ Он может содержать любое или все из следующих элементов: предварительный нагрев воздухом для горения. Возможное тепло в топливе. Явное тепло — предварительный нагрев в топливе.Экзотермическая теплота реакции. Ощутимый предварительный нагрев сырья Общее тепло пара (используется для распыления топлива) Тепловой эквивалент других форм подаваемой энергии, например Электроэнергия для отопления, привода насосов и вентиляторов.

3 ТЕПЛОИЗВОДНЫЕ ДЕТАЛИ В ТЕПЛОБАЛАНСЕ Он может содержать любые или все из следующих элементов: Явное + скрытое тепло в продукте. Эндотермическое тепло химической реакции. Общее тепло дымовых газов (потенциальная теплота горючих газов и явная теплота газов).Ощутимое тепло передается охлаждающей воде. Явное тепло хранится в конструкции печи. Явное тепло в транспортном оборудовании. Общее тепло в любом остатке при сгорании (потенциальное тепло в несгоревшем углероде в золе, саже, гудроне и т. Д., Общее тепло в расплавленном шлаке, явное тепло в золе) структурная потеря тепла. Неучтенная цифра <5%)

4 ТЕПЛОВЫЕ ИЗДЕЛИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ / ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ГОРНОМ БАЛАНСЕ. Удельная теплоемкость Скрытая теплота Общая теплота Возможная теплота Теплота реакции Тепловой эквивалент

5 5 ПРИМЕР S

Общий коэффициент теплопередачи кожухотрубного теплообменника

Основные концепции общего коэффициента теплопередачи (OHTC)

В теплообменниках кожухотрубного типа общий коэффициент теплопередачи (OHTC) в основном является результатом трех факторов.Это коэффициент пленки жидкой среды внутри трубки, коэффициент пленки нагревательной среды на стороне оболочки и сопротивление металлической стенки.

Теплообмен — это наука, изучающая скорость теплообмена между горячими и холодными телами, называемыми источником и приемником.

Существует три различных способа передачи тепла от источника к приемнику. Хотя большинство инженерных приложений представляют собой комбинацию двух или трех.

Это проводимость; конвекция и излучение являются основными механизмами передачи тепла.

Проводимость

Когда тепло течет через тело за счет передачи импульса отдельных атомов или молекул без перемешивания, это называется потоком теплопроводности.

То есть теплопроводность — это передача тепла через неподвижный материал, такой как неподвижная стена.

Конвекция

Когда тепло течет за счет фактического смешивания теплых позиций с охлаждающими позициями того же материала, этот механизм известен как конвекция

и.e Теплообмен посредством конвекции происходит в жидкости с другим положением из-за грубых движений массы жидкости.

Конвекцию можно подразделить на свободную конвекцию и принудительную конвекцию.

Если жидкость заставляет течь внешний агент, такой как вентилятор или насос, процесс называется принудительной конвекцией . Если жидкость вызвана разницей плотности, которая создается разницей температур, существующих в массе жидкости, процесс называется свободной конвекцией или естественной конвекцией

Очень редко текучие среды проходят через чистую теплопроводность без некоторой конвекции.Фактический процесс передачи энергии от одной жидкой частицы или молекулы к другой по-прежнему связан с проводимостью, но энергия может переноситься из одной точки в пространстве в другую за счет смещения самой жидкости.

Излучение

Радиация как термин, используемый для передачи энергии в пространстве с помощью электромагнитных волн.

По проводке

Let Площадь стены «A» толщина стены «Th»

Закон Фури гласит, что скорость теплового потока через однородный материал пропорциональна площади, а температура и обратно пропорциональна длине пути потока

Км = теплопроводность материала

Q = скорость теплового потока

ΔT = движущая сила

(Th / км x A) = Сопротивление

Для облегчения понимания общего коэффициента теплопередачи ( OHTC ) возьмем простой случай.

Рассмотрим тепловой поток за счет теплопроводности и конвекции через стенку трубы с принудительной конвекцией разной величины с обеих сторон трубы, как показано на рисунке ниже. Снаружи тепло отводится горячей текущей жидкостью, а с внутренней стороны тепло принимается холодной текущей жидкостью.

Любое сопротивление можно измерить независимо, вычислив разницу температур между поверхностью трубы и средней температурой жидкости. Теплопередачу можно определить по явному изменению тепла в любой жидкости по длине трубы, в которой происходит теплопередача.

Температура жидкости на горячей стороне T1, температура жидкости на холодной стороне T4 и температуры стенок T2, T3 трубы на горячей и холодной сторонах соответственно.

Обозначение сопротивления трубы внутри по Ri и снаружи по Ro,

Из-за сложной структуры турбулентного потока и невозможности измерения толщины нескольких слоев и их температуры не рассматриваются.

Предположим, что Q Ккал / ч течет из горячей жидкости в холодную.

Затем Q Ккал / ч переходит от горячей жидкости к металлу, и то же самое проходит в металле, а затем от металла к холодной жидкости.

И средняя площадь металлической стенки « A » Теперь применим выражение для устойчивого состояния,

Заменить сопротивления на их обратные значения « ho » и « hi » соответственно

Q = А хо (Т1 — Т2) = А хи (Т3 — Т4)

Обратные сопротивления теплопередачи имеют размеры Ккал / ч / м ²/^o C или кВт / м ²/^o C и называются коэффициентами индивидуальной пленки или поверхностными коэффициентами.

hi = коэффициент пленки материала внутри трубки.

ho = коэффициент пленки наружного материала трубы.

Вышеприведенное уравнение можно записать как

В рассмотренном выше случае, состоящем из трех последовательно соединенных сопротивлений.

Сначала сопротивление на стороне горячей жидкости (1 / A ho).

Секунды сопротивление металлической стенки Th / KmA, а

В-третьих, сопротивление на стороне холодной жидкости 1 / A привет.

Общее сопротивление равно сумме отдельных сопротивлений, как и в случае прохождения электрического тока через серию сопротивлений.

Тепловой поток от горячей жидкости к холодной

Здесь U = общий коэффициент теплопередачи в ккал / ч / м ²/^o C или кВт / м ²/^o C

То есть приведенное выше уравнение утверждает, что общий коэффициент теплопередачи (OHTC) является произведением трех факторов. Но в типичном расчете OHTC по трем факторам также следует учитывать сопротивления из-за масштабирования с обеих сторон трубки.(коэффициент загрязнения или коэффициент загрязнения).

ΔTm = LMTD в ^o C.

Итак, чтобы найти подходящую разницу температур между горячим и холодным материалом, используйте среднюю логарифмическую разницу температур (LMTD).

Некоторые статьи по теме

Sugar Tech | Статьи по сахарной технологии с онлайн-калькуляторами

Расчет конструкции приемного резервуара для конденсата

| Конденсатный курган | Конструкция резервуара для приема конденсата и мгновенного восстановления конденсата

Расчет коэффициента теплопередачи трубчатого нагревателя жидкость-жидкость | HTC | Как найти расчет коэффициента теплопередачи нагревателя сока конденсата.

Расчет пара мгновенного испарения | Расчет конструкции емкости для улавливания паров мгновенного испарения. Расчет системы улавливания паров мгновенного испарения конденсата с примером.