1 расчет теплового баланса дома составление плана дома
![]()
|
ВВЕДЕНИЕ Для того чтобы человек, находясь в помещении (жилом, производственном и пр.), чувствовал себя комфортно, необходимо создать температурную обстановку, при которой организм не испытывал бы охлаждения или перегрева. Вопрос обеспечения нормальной температурной обстановки особенно актуален в холодное время года. Ведь помимо проблемы поддержания в помещении необходимой температуры воздуха, возникает проблема энергопотребления, в частности, вопросы энергосбережения и нехватки энергии, связанные с избытком или недостатком теплоты, которые в весенне-летний период не столь ярко выражены. В жилых зданиях учитывают только теплопотери через ограждающие конструкции и теплозатраты на нагревание наружного воздуха, поступающего в помещения путем инфильтрации или для вентиляции. Теплопоступления в помещения происходят вследствие выделений теплоты людьми, теплопроводами и нагревательным технологическим оборудованием (печи, трубы, приборы и пр.), источниками искусственного освещения и работающим электрическим оборудованием, нагретыми материалами и изделиями. Целью работы является определение необходимой тепловой мощности системы отопления жилой квартиры по месту проживания и сопоставление ее с реальной, при этом выполняются следующие этапы работы: Составление плана квартиры. Составление теплового баланса помещения с определением различных видов потерь, расчетных и действительных. Оценка удельной тепловой характеристики квартиры. Расчет годовых затрат теплоты. Разработка мероприятий по энергоресурс о сбережению и оценка эффективности в рублях. 1 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ДОМА Составление плана дома ![]() Рисунок 1. План дома (размеры указаны в метрах с масштабом 1:200) I,II, III, IV,V – номера помещений, в которых установлены радиаторы. Высота потолков – 2.82 м. Одноэтажный частный дом. 1.2 Составление теплового баланса помещения с определением различных видов потерь, расчетных и действительных 1.2.1 Баланс по количеству тепловой энергии Температурная обстановка в помещении зависит от тепловой мощности системы отопления, а также от расположения обогревающих устройств, теплозащитных свойств наружных ограждений, интенсивности других источников поступления и потерь теплоты. В холодное время года помещение теряет теплоту через наружные ограждения. Кроме того, теплота расходуется на нагрев наружного воздуха, который проникает в помещение через неплотности ограждений. Уравнение теплового баланса квартиры для стационарного режима имеет вид [8]: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 1.2.2 Тепловые потери через ограждения Наружные ограждения обычно имеют различную теплоустойчивость. Через ограждения с малой теплоустойчивостью (окна и легкие конструкции) теплопотери при похолодании будут резко возрастать, практически следуя во времени за изменениями температуры наружного воздуха. Через теплоустойчивые ограждения (стены, перекрытия) потери теплоты в период резкого похолодания возрастают немного. Необходимо провести сложение теплопотерь через отдельные ограждения. Тепловые потери через ограждения определяются по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Указанные составляющие уравнения теплового баланса следует определять с округлением до 10 Вт по формуле [8]: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() - в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад размере 0,1, на юго-восток и запад - в размере 0,05; в угловых помещениях дополнительно - по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад и 0,1 - в других случаях; ![]() ![]() ![]() где ![]() конструкций Вт/(м2·К) [4]; ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() Для многослойных ограждающих конструкций, с последовательно расположенными однородными слоями ![]() ![]() где ![]() В соответствии с правилами обмера стен и окон получаем: Таблица 1 Площади наружных ограждений
Таблица 2 Материалы наружных стен
\ Таблица 3 Общие площади наружных ограждающих конструкций
Расчет проводим по формулам (3), (4), (5) и (6). В расчете используем таблицы 1, 2, 3 и следующие значение параметров, характеризующих тепловые потери принимаем: ![]() ![]() ![]() n= 1 (вертикальное расположение наружных ограждений) [4]; ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() температура в квартире ![]() в холодное время ![]() тепловое сопротивление окон R0 = 0,34 м2К/Вт [2]; ![]() Полученные расчеты: для окон: ![]() ![]() ![]() для двери: Тепловое сопротивление двери ![]() ![]() ![]() для наружной стены: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() для пола: Температура земли зимой t=-2С (Алматы,Казахстан) ![]() ![]() ![]() ![]() для потолка: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Таблица 4 Тепловые сопротивления ограждений и теплопотери через них
Таким образом, получим: ![]() 1.2.3 Теплота, расходуемая на нагрев инфильтрующегося воздуха Расход теплоты ![]() Расчет 1: ![]() где ![]() c - удельная теплоемкость воздуха, равная 1000 Дж/(кг·К); k- коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный: а) 0,7 - для стыков панелей стен и окон с тройными переплетами, б) 0,8 -для окон и балконных дверей с раздельными переплетами, в) 1,0 - для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплетами и открытых проемов. Расход инфильтрующегося в помещение воздуха ![]() ![]() где A1, A2 - площади наружных ограждающих конструкций, м2, соответственно световых проемов (окон, балконных дверей, фонарей) и других ограждений; ![]() ![]() ![]() Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций ![]() ![]() Где Н - высота здания (от уровня пола первого этажа до верха вытяжной шахты), м; ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() где ![]() Расчет 2: ![]() где ![]() ![]() k— коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях. Расчет проводим по формулам (7), (12) и выбираем максимальное из полученных значений. В расчете используем следующие данные: скорость ветра, максимальная из средних по румбам за январь ![]() ![]() высота дома ![]() коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях ![]() нормативная воздухопроницаемость ![]() окон: 5 кг/(м2·ч); наружных стен: 0,5 кг/(м2·ч) [4]; общая площадь окон: ![]() общая площадь стен: ![]() длина стыков стеновых панелей: ![]() удельные веса наружного и внутреннего воздуха по формуле (10): ![]() ![]() ![]() ![]() сопротивление воздухопроницанию для окон по формуле (11): ![]() ![]() общая площадь дома по паспорту ![]() плотность воздуха в доме ![]() удельная теплоемкость воздуха ![]() Расход инфильтрующегося в доме воздуха находим по формуле (8): ![]() Расчет по формуле (7) дает: ![]() Расчет инфильтрации воздуха по формуле (12): ![]() ![]() ![]() 1.2.4 Теплоотдача от бытовых электроприборов Вычисляется по формуле: ![]() где N - потребляемая прибором мощность, Вт; τ - время работы прибора, с/сут; η - коэффициент, учитывающий переход электрической энергии в тепловую. Таблица 5 Типы электроприборов, время их работы, теплоотдача
![]() 1.2.5 Теплоотдача от людей В зависимости от физиологического и эмоционального состояния человека, его одежды, возраста, степени тяжести выполняемой работы и индивидуальных особенностей количество отдаваемой в окружающую среду теплоты может быть различным. Теплоотдача от человека вычисляется по формуле [11]: ![]() где ![]() а) 1.0 - легкая работа; б) 1.07 - средняя работа; в) 1.15 - тяжелая работа; ![]() а) 1.0 - легкая одежда; б) 0.66 - одежда средней утепленности; в) 0.5 - одежда высокой утепленности; n - количество человек в квартире; ![]() ![]() Используем данные: подвижность воздуха в доме ![]() коэффициент интенсивности физической нагрузки ![]() коэффициент утепленности одежды ![]() количество человек в доме ![]() время пребывания в доме ![]() Расчет по формуле (14) дает: ![]() ![]() Таким образом, ![]() 1.2.6 Теплота, поступающая от системы отопления Общая тепловая потребность дома, которую должна обеспечивать система отопления находим по формуле: ![]() ![]() Для реализации установленной потребности (6104Вт) рассмотрим приток теплоты за счет системы отопления: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Рисунок 5. План дома с отопительными системами Схема отопления данного дома – однотрубная, с естественной циркуляцией. Теплоотдачу отопительного котла находим по формуле: ![]() (17) где ![]() ![]() Количество теплоты, переданное в процессе теплоотдачи, определяется по уравнению Ньютона-Рихмана: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() По формуле (18) находим: ![]() Расчетные формулы для теплообмена излучением. Общая формула для расчета теплообмена излучением между двумя непрозрачными телами на основании закона Стефана — Больцмана, имеет вид: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Используя формулу (19) находим: ![]() По формуле (17) найдем теплоотдачу отопительного котла: ![]() ![]() Найдем теплоотдачу с 1 экм по формуле: ![]() где ![]() Тогда теплоотдача от подводящих труб вычисляется по формуле: ![]() где ![]() а) 0.5 - для стояков; б) 0.9 - для подводок к радиаторам; в) 0.25 - для магистралей над потолком; г) 0.75 - для магистралей под потолком; L - длина отдельных участков, м, Таблица 6 Теплоотдача от подводящих труб
![]() Тогда, с учетом всего, требуемая теплоотдача от радиатора равна: ![]() ![]() Таблица 7 Теплоотдача с радиаторов действительная
Полная действительная теплоотдача от радиаторов, установленных в доме: ![]() Превышение действительной теплоотдачи радиаторов над требуемой: ![]() 1.3 Оценка удельной тепловой характеристики квартиры Удельную тепловую характеристику дома ![]() ![]() где ![]() ![]() Используем данные: объем квартиры по внешнему обмеру при площади по внешнему обмеру ![]() ![]() ![]() ![]() теплопотери через наружные ограждения: ![]() По формуле (21) получим: q= ![]() Это значит, что на 1 м3 объема квартиры при перепаде температур на внутренней и наружной поверхностях ограждений в 1°С приходится в среднем 0,56 Вт теплопотерь. 1.4 Расчет годовых затрат теплоты Продолжительность отопительного сезона составляет, примерно, 230 суток. При этом средняя температура наружного воздуха в отопительный сезон составляет -2,8°С [1]. Найдем требуемые годовые затраты теплоты ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() По формуле (22) рассчитаем необходимые годовые затраты в ГДж: ![]() Действительные годовые затраты теплоты (суммарная мощность отопительной системы): ![]() Поскольку рассчитывается частный дом с индивидуальной системой отопления (с отопительным котлом, в котором сжигается каменный уголь), годовые (месячные) денежные затраты будут зависеть от количество расходуемого топлива (каменного угля) и от его стоимости: Теплоотдача каменного угля составляет 25 МДж/кг. Так как необходимые годовые затраты ![]() Действительные годовые затраты теплоты ![]() 1.5 Разработка мероприятий по энерго- и ресурсосбережению Так как самые большие теплопотери дома через внешние ограждающие конструкции, мероприятия по энергосбережению будут связанные с ними. Это – использование уплотнительных материалов на ограждающих конструкциях, граничащих с внешней средой (пол и наружные стены). ВЫВОДЫ 1. Теплопотери дома при температуре воздуха в помещениях 20°С, снаружи -23°С (зимний период) составляют: через ограждения посредством теплопроводности 6587 Вт; посредством инфильтрации 887 Вт; суммарно 7474 Вт. 2. Теплопотребность дома (требуемая мощность системы отопления) составляет: 6104Вт; Действительная теплоотдача от системы отопления 6426 Вт. 3. Удельная тепловая характеристика дома 0,56 Вт/(м3·К). 4. Годовые затраты теплоты: требуемые 84,3 ГДж (8422руб./год); действительные 93 ГДж (9165руб./год). 5. Мероприятия по энергосбережению: использование уплотнительных материалов на ограждающих конструкциях, граничащих с внешней средой (пол и наружные ст) СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. СНиП РК 2.04-01-2001 «Строительная климатология» 2. СНиП РК 2.04-03-2002 «Строительная теплотехника» 3. СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» 4. ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» 5. СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника» 6. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» 7. СНиП 2.04.01-85 «Внутрений водопровод и канализация зданий» 8. СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» 9. Богословский В.Н. и др. Отопление и вентиляция: Учебник для вузов / В. Н. Богословский, В. П. Щеглов, Н. Н. Разумов. – 2-е изд., перераб и доп. – М.: Стройиздат, 1980. – 295 с. 10. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление: Учебник для вузов. - М.:Стройиздат, 1991. – 735 с. 11. СНиП 2.04.08- 87 «Газоснабжение» http://www.e-boiler.ru/tablitsa-zavisimosti-temperatury-grunta-ot-glubiny-i-mestopolozheniya ![]() ![]() |