методика расчета теплопотерь. Расчет теплопотерь зданий
 Скачать 187.31 Kb.
|
|
РАСЧЕТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ЗДАНИЙ. Расчет теплопотерь является важнейшим этапом проектирования систем отопления. Для определения тепловой мощности, покрывающей максимальную нагрузку на систему отопления, необходимо знать теплопотери здания в самую суровую расчетную часть холодного периода года. Для решения вопроса о соответствии уровня теплопотребления системой отопления здания современным требованиям, особенно учитывая проблему энергосбережения, необходимо определить теплопотери здания за весь отопительны период. 1.1. Холодный период года и отопительный период Показатели расчетных нагрузок на системы отопления и теплозащиты здания должны отвечать нормируемым уровням наружных климатических параметров в холодный период года, который в соответствии с ГОСТ 30494-96 определяется как отрезок времени со среднесуточной температурой наружного воздуха, равной 8 °С и ниже. По СНиП 23-02-2003 для большинства зданий понятие отопительного периода совпадает с понятием холодного периода года и только для лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых считается периодом со среднесуточной температурой наружного воздуха не более 10 °С. Параметрами наружной среды, учитываемыми в расчете теплотехнических показателей здания и тепловой нагрузки на систему отопления, являются: температура наружного воздуха, скорость ветра, зона влажности в районе строительства, интенсивность солнечной радиации. Одни значения параметров климата описывают наиболее холодный расчетный период, другие - средние уровни в пределах отопительного периода. Значения климатических параметров холодного периода года принимаются по табл. 1* СНиП 23-01-99*, где в алфавитном порядке расположены наименования областных и краевых центров, а названия остальных пунктов даны внутри области или края. 1.2. Расчетная температура наружного воздуха Самые холодные метеоусловия в пределах отопительного периода описываются расчетными значениями климатических параметров, которые не являются абсолютными экстремумами для района строительства. Дело в том, что экстремальные, наиболее суровые условия бывают очень редко - раз в сотни лет. Ориентация на эти значения привела бы к значительному удорожанию строительства. Поэтому расчетные уровни принимаются с некоторой обеспеченностью, под которой понимается суммарная вероятность того, что данный параметр не превзойдет (в холодный период года по степени суровости) расчетного значения. Наиболее значимым параметром холодного периода года для выбора теплозащитных качеств наружных ограждений и определения мощности системы отопления считается температура наружного воздуха. Так как ограждения и помещения обладают тепловой инерцией, иначе говоря, требуют времени для охлаждения или нагрева до изменившейся температуры окружающего воздуха, то в качестве расчетной принимают среднюю температуру наиболее холодной пятидневки - пяти последовательных суток с самой низкой средней температурой за год. До 1994 года расчетная температура наружного воздуха для проектирования ограждений связывалась с их тепловой инерцией. Для «легких» ограждений, быстро остывающих при понижении температуры наружного воздуха, за расчетную принималась средняя температура наиболее холодных суток, а для «массивных» - средняя температура наиболее холодной пятидневки. Идея рассматривать пятидневку как расчетный период усреднения температуры наружного воздуха в 1946 году была предложена К. Ф. Фокиным . Ученый проанализировал многолетние данные об изменении температуры наружного воздуха в период похолодания и выдвинул предложения по «нормализации» расчетных кривых изменения температуры наружного воздуха. Кроме того, он экспериментально установил, что стена из полнотелого кирпича толщиной 64 см (наиболее распространенная конструкция в то время) имеет такие же теплопотери за 5 сут при переменной температуре наружного воздуха, как если бы температура наружного воздуха держалась постоянной и равной средней за тот же период. После 1994 года, когда теплозащита зданий была значительно усилена, все ограждения отнесли к числу «массивных», и расчетной температурой для теплотехнического расчета ограждающих конструкций стала средняя температура наиболее холодной пятидневки. Эта же температура является расчетной для определения теплопотерь. За расчетную температуру наружного воздуха tн, °С, принимается не самая низкая средняя температура наиболее холодной пятидневки t5, °С, а ее значение с обеспеченностью 0,92. Для получения этой величины выбирается наиболее холодная пятидневка в каждый год рассматриваемого отрезка п, лет (в СНиП 23-01-99* период с 1925-го по 1980-е годы). Выделенные значения температуры наиболее холодной пятидневки t5 ранжируются в порядке убывания. Каждому значению присваивается номер т. Обеспеченность Коб в общем случае вычисляется по формуле  (1.1)Общий вид кривой накопленной вероятности Коб изображен на рис. 1. Для приведения значений обеспеченности к более продолжительному периоду наблюдений в формулу (1.1) вносятся небольшие поправки. Ход действий следующий. Из опорных метеорологических таблиц и ежемесячников осуществляют выборку температуры наиболее холодной пятидневки за 30-50 лет.  Рис. 1. Пример зависимости температуры наиболее холодной пятидневки от обеспеченности Эти данные располагают по убыванию с присвоением каждой величине порядкового номера (табл. 1). Таблица 1 Первичные данные о температуре наиболее холодной пятидневки (в порядке убывания)
Температуру наиболее холодной пятидневки округляют до 0,5 °С, и для каждого полученного значения определяется средний порядковый номер тср (табл. 2). Таблица 2 Средний порядковый номер в убывающем ряду округленных данных о температуре наиболее холодной пятидневки
Интегральную вероятность (обеспеченность Коб) того, что температура наиболее холодной пятидневки не будет ниже значения с порядковым номером тср в ряду из п членов, рассчитывают по формуле  (1.2)По полученным данным строятся интегральные кривые распределения температуры наиболее холодной пятидневки на сетке асимметричной частоты: по оси ординат - логарифмическая шкала температуры воздуха, по оси абсцисс - двойная логарифмическая шкала обеспеченности. С кривых снимается температура наиболее холодной пятидневки заданной обеспеченности. Пример графика зависимости температуры наиболее холодной пятидневки t5, °С, от обеспеченности приведен на рис. 2 .  Рис. 2. Интегральная кривая температуры наиболее холодной пятидневки По заданию на проектирование допускается принимать за расчетную более низкую температуру наружного воздуха. Однако следует иметь в виду, что понижение расчетной температуры наружного воздуха (ужесточение условий) для зданий, присоединяемых к тепловой сети централизованного теплоснабжения, во избежание перетопа требует автоматизации теплоподачи в помещение. 1.3. Средняя температура и продолжительность отопительного пери-ода Основными характеристиками отопительного периода являются средняя температура to.п, °С, и продолжительность zo.п, сут, этого периода. Причем они относятся к отрезку времени с устойчивыми значениями граничной температуры отопительного периода. Отдельные дни со среднесуточной температурой, равной или ниже соответственно 8 или 10 °С, не учитываются. Эти данные приведены в СНиП 23-01-99*. Средняя температура to.п и продолжительность zo.п отопительного периода рассчитываются по следующей методике. Сначала строится гистограмма годового хода температуры воздуха: наносятся прямоугольники, у которых основание равно числу дней месяца, а высота - средней температуре воздуха за данный месяц. Кривая годового хода проводится так, чтобы участок, отсекаемый от каждого прямоугольника, был равен по площади участку, который эта кривая прибавляет к нему с другой стороны. Затем с графика снимаются даты устойчивого перехода среднесуточных температур воздуха через отметки 8 или 10 °С. По разнице между этими датами определяется продолжительность отопительного периода zo.п. Средняя температура отопительного периода to.п находится следующим образом. Сумма температур воздуха за полные месяцы отопительного периода вычисляется сложением произведений среднемесячной температуры воздуха соответствующего полного месяца и числа дней в этом месяце. Затем определяется сумма температур воздуха за неполные месяцы по кривой годового хода как произведение числа дней от даты начала отопительного периода до конца месяца и от начала месяца до даты конца отопительного периода и средней температуры на этих отрезках неполных месяцев. Средняя температура отопительного периода определяется делением общей суммы значений температуры отопительного периода на его продолжительность в днях. Пример определения продолжительности и средней температуры отопительного периода приведен на рис. 3. На графике над каждым прямоугольником указана среднемесячная температура воздуха. Даты начала и конца отопительного периода - 30 сентября и 23 апреля. Продолжительность отопительного периода zo.п = 1(сентябрь) + 31(октябрь) + 30(ноябрь) + 31(декабрь) + 31(январь) + 28(февраль) + 31(март) + 23(апрель) = 206 сут. Сумма температур за полные месяцы отопительного периода: 4,2·31 + (-4,1·30) + (-10,7·31) + (-13,8·31) + (-13·28) + (-6,8·31) = -1327,1 °С. Сумма температур за неполные месяцы отопительного периода: 8·1 + 3,1·23 = 79,3 °С.  Рис. 3. Расчет продолжительности и средней температуры воздуха периода со среднесуточной температурой воздуха ниже 8 °С: цифра в кружочке - средняя температура воздуха за неполный месяц; 30.IX, 23.IV - даты начала и конца периода со среднесуточной температурой воздуха, равной и ниже 8 °С (отопительный период) Средняя температура отопительного периода  1.4. Расчетная и среднесезонная скорость ветра За расчетную скорость ветра v, м/с, принимается максимальная из средних скоростей ветра в январе по румбам (направлениям ветра). При этом учитывается только тот ветер, повторяемость румба которого составляет 16 % и более. В случае когда средняя скорость ветра по румбу повторяемостью 12-15 % превышает на 1 м/с и более наибольшую из средних скоростей ветра по румбу повторяемостью 16 %, максимальная скорость ветра принимается по румбу повторяемостью 12-15 %. Ветровой режим отопительного периода характеризуется средней скоростью vо.п, м/с, за этот период. 1.5. Влажностные условия района строительства Для описания условий влажности в районе строительства СНиП 23-02-2003 выделяет три зоны наружных влажностных условий: 1 - влажная, 2 - нормальная, 3 - сухая, - которые обозначены на географической карте России . Эта карта составлена В.М. Ильинским на основе значений комплексного показателя, который рассчитан по соотношению среднемесячного для безморозного периода количества осадков на горизонтальную поверхность, относительной влажности воздуха в 15 ч самого теплого месяца, среднегодовой суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность, годового размаха (январь и июль) среднемесячных значений температуры воздуха. 1.6. Интенсивность солнечной радиации в отопительный период В теплотехнических расчетах для холодного периода года применяется средняя в многолетнем разрезе интенсивность суммарной солнечной радиации на горизонтальную и вертикальные поверхности Q, МДж/м2, при действительных условиях облачности за отопительный период. К сожалению, эти цифры пока установлены только для некоторых областей России в территориальных нормах, причем в некоторых из них, как, например, в СНиП 23-01-99*, они определены неверно. Методика нахождения суммарной солнечной радиации при действительных условиях облачности за отопительный период приведена в СП 23-101-2004. Суммарная (прямая и рассеянная) солнечная радиация на горизонтальную поверхность Qhor, МДж/м2, при действительных условиях облачности за отопительный период для данной местности определяется суммированием прихода суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность  , МДж/м2, в каждый из т месяцев или их части в течение отопительного периода: (1.3)Величина суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность при действительных условиях облачности для i-го месяца отопительного периода принимается по данным «Научно-прикладного справочника по климату СССР» . Суммарная солнечная радиация на j-ю вертикальную поверхность  , МДж/м2, при действительных условиях облачности за отопительный период определяется по формуле* (1.4)где  - соответственно суммарная и прямая солнечная радиация на j-ю вертикальную поверхность в i-й месяц при действительных условиях облачности, МДж/м2; - рассеянная солнечная радиация на вертикальную поверхность в i-й месяц при действительных условиях облачности, МДж/м2; - соответственно прямая и рассеянная солнечная радиация на горизонтальную поверхность в i-й месяц при действительных условиях облачности, МДж/м2; - коэффициент пересчета прямой солнечной радиации с горизонтальной поверхности на вертикальные в i-й месяц отопительного периода для j-й ориентации; принимается по табл. В.2 СП 23-101-2004.* В отличие от формулы, рекомендованной в СП 23-101-2004, здесь не учитывается отраженная радиация. |