1 расчет теплового баланса дома составление плана дома

• Название: 1 расчет теплового баланса дома составление плана дома
• Дата: 26.10.2021
• Размер: 380.82 Kb.
• Имя файла: 1686169131.docx
• Тип: Документы; #256882

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

1. 
   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]:

(1)
где - теплота, уносимая через ограждения;

- теплота, расходуемая на нагрев инфильтрующегося воздуха;

- теплота, поступающая от системы отопления;

- теплота, выделяемая бытовыми электроприборами;

- теплота, выделяемая человеком.

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:
Вт (2)
где теплота, уносимая через наружные стены;

теплота, уносимая через окна;

теплота, уносимая через входную дверь;

теплота, уносимая через пол;

теплота, уносимая через потолок дома, внешняя поверхность которого обращена на крышу дома, =-14°С.
Указанные составляющие уравнения теплового баланса следует определять с округлением до 10 Вт по формуле [8]:
, (3)
где - cтены или окна;

- площади соответственных наружных ограждений, м².

- температура воздуха в квартире. = 20 ⁰С [1];

- температура воздуха наружная в холодное время. = - 23 ⁰С [1];

- добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, через ограждающие конструкции, согласно [9]:

- 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;

- коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху [4];

- сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м²·К/Вт, следует определять по [3] по формуле:
, (4)
где - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих

конструкций Вт/(м²·К) [4];

- коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²·К), находится из [4];

- термическое сопротивление ограждающей конструкции, м²·К/Вт. Вычисляется по формуле[4]:
, (5)
где - толщина данного слоя в составе ограждающей конструкции, м;

- теплопроводность данного слоя в составе ограждающей конструкции, Вт/(м·К).
Для многослойных ограждающих конструкций, с последовательно расположенными однородными слоями определяется как сумма термических сопротивлений отдельных слоев [6]:

, (6)
где - термические сопротивления каждого из слоев ограждения, м²·К/Вт.
В соответствии с правилами обмера стен и окон получаем:
Таблица 1

Площади наружных ограждений

№ помещения по плану	Площадь свет.проема окна, м2
I	4,12
II	2,06
III	2,06
IV	2,06
V	4,12

Таблица 2

Материалы наружных стен

	Материалы слоя	Толщина слоя , м	Теплопроводность слоя , Вт/(м·К) [2]
Наружной стены	Кирпич	0,20	0,9
	Минеральная вата	0,1	0,056
	Гипсокартон	0,013	0,15
Пола	Цементно-бетонная стяжка	0,12	0,7
	Песок	0,3	0,33
	Уплотненный грунт	0,09	1,05
	Ламинат	0,012	0,1
Потолка	Минеральная вата	0,3	0,056
	Глина	0,06	0,7
	Балка	0,05	0,18
	Дерево	0,05	0,18
	Гипсокартон	0,095	0,15
Двери	Сталь	0,0015	41
	Стекловата	0,040	0,04

\

Таблица 3

Общие площади наружных ограждающих конструкций

№	Ограждающие конструкций	Площадь, , м2
1	Окна	14,42
2	Дверь	1,6
3	наружные стены	110,224
4	Пол	103,98
5	Потолок	103,98

Расчет проводим по формулам (3), (4), (5) и (6). В расчете используем таблицы 1, 2, 3 и следующие значение параметров, характеризующих тепловые потери принимаем:

• 
  = 8,7 Вт/(м²К);
  
• 
  = 8 Вт/(м²К) (для окон) [3];
  
• 
  = 23 Вт/(м²К) (для наружных стен и для окон) [3];
  
• 
  n= 1 (вертикальное расположение наружных ограждений) [4];
  
• 
  = 12 Вт/(м²К) (для двери и для стены лестничного пролета) [3];
  
• 
  =0,1 (для окон);
  
• 
  =0,1 (для наружных стен);
  
• 
  =0,1 (для двери);
  
• 
  =0,05 (для пола);
  
• 
  =0,1 (для потолка)[8];
  
• 
  температура в квартире = 20С [1];
  
• 
  в холодное время = - 25С [1];
  
• 
  тепловое сопротивление окон R₀ = 0,34 м²К/Вт [2];
  
• 
  2,82 м (высота потолка);
  

Полученные расчеты:

• 
  для окон:
  

(м²·К)/Вт
= = 1402 Вт

• 
  для двери:
  

Тепловое сопротивление двери



= 45 Вт

• 
  для наружной стены:
  

=124,644-14,42=110,224 м²

= = 2,09(м²·К)/Вт

= 2,25 (м²·К)/Вт

=2425 Вт

• 
  для пола:
  

Температура земли зимой t=-2С (Алматы,Казахстан)

= = 1,286(м²·К)/Вт

= = 1663 Вт

• 
  для потолка:
  

= =6,6(м²·К)/Вт

= 6,76 (м²·К)/Вт

= 575Вт


Таблица 4

Тепловые сопротивления ограждений и теплопотери через них

Ограждения	Тепловое сопротивление, (м2·К)/Вт	Тепловые потери, Вт	Суммарные тепловые потери, Вт
окна	0,509	1402	6110
дверь	1,75	45
наружные стены	2,25	2425
пол	1.286	1663
потолок	6,6	575

Таким образом, получим:

6110 Вт.

1.2.3 Теплота, расходуемая на нагрев инфильтрующегося воздуха
Расход теплоты , Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, следует принимать равным большей из величин, полученных из расчета по следующим формулам:
Расчет 1:
(7)
где - расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждающие конструкции помещения, определяемый по формуле (2.7);

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 , кг/ч, через неплотности наружных ограждений следует определять по формуле [7]:
(8)
где A₁, A₂ - площади наружных ограждающих конструкций, м², соответственно световых проемов (окон, балконных дверей, фонарей) и других ограждений;

, - расчетная разность давлений, определяемая по формуле (9) между давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций соответственно на расчетном этаже при = 10 Па.

Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций , Па, следует определять по формуле (9) [4]:
(9)
Где Н - высота здания (от уровня пола первого этажа до верха вытяжной шахты), м;

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

, - удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м³, определяемый по формуле (10):
(10)
- сопротивление воздухопроницанию, м²·ч·Па/кг определяемое для окон и балконных дверей по формуле [4]:
(11)
где - нормативная воздухопроницаемость наружных ограждающих конструкций, кг/(м²·ч), находится в [4].
Расчет 2:
(12)
где — расход удаляемого воздуха, м³/ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом; для жилых зданий - удельный нормативный расход 3 м³/ч на 1 м² жилых помещений;

— плотность воздуха в помещении, кг/м³;

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 1,9 м/с [1];
  
• 
  =10 Па;
  
• 
  высота дома 3,4 м;
  
• 
  коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях 0,7 [5];
  
• 
  нормативная воздухопроницаемость :
  

окон: 5 кг/(м²·ч);

наружных стен: 0,5 кг/(м²·ч) [4];

• 
  общая площадь окон: =14,42 м²;
  
• 
  общая площадь стен: =110,224 м²;
  
• 
  длина стыков стеновых панелей: 0;
  
• 
  удельные веса наружного и внутреннего воздуха по формуле (10):
  

= = 13,96 Н/м³;

= = 11,82 Н/м³;

• 
  сопротивление воздухопроницанию для окон по формуле (11):
  

= 0,134м²·ч·Па/кг;
Па.

• 
  общая площадь дома по паспорту м²;
  
• 
  плотность воздуха в доме 1,21 кг/м³;
  
• 
  удельная теплоемкость воздуха =1000 Дж/(кг·К).
  

Расход инфильтрующегося в доме воздуха находим по формуле (8):
кг/ч.
Расчет по формуле (7) дает:
Вт
Расчет инфильтрации воздуха по формуле (12):
Вт
, поэтому = 1304,6 Вт.

1.2.4 Теплоотдача от бытовых электроприборов

Вычисляется по формуле:
(13)
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

№	Тип прибора	Мощность, Вт	Кол-во	Коэфф. преобраз.	Время работы %	Вт
1	Лампа	60	9	0,85	0,06	27,54
2	Холодильник	150	1	0,65	0,17	16,58
3	Газовая плита	5800	1	0,95	0,08	440,1
4	Компьютер	750	1	0,70	0,21	110,25
5	Телевизор	300	2	0,70	0,21	88,2
6	Электрический чайник	900	1	0,95	0,04	34,2
7	Микроволновая печь	1500	1	0,95	0,06	85,5
Итого						802,37

802,37 Вт.

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]:
(14)
где - коэффициент, учитывающий интенсивность физической нагрузки:

а) 1.0 - легкая работа;

б) 1.07 - средняя работа;

в) 1.15 - тяжелая работа;

- коэффициент, учитывающий утепленность одежды:

а) 1.0 - легкая одежда;

б) 0.66 - одежда средней утепленности;

в) 0.5 - одежда высокой утепленности;

n - количество человек в квартире;

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

- время пребывания людей в помещении, с/сут.
Используем данные:

• 
  подвижность воздуха в доме 0,1 м/с;
  
• 
  коэффициент интенсивности физической нагрузки =1,0;
  
• 
  коэффициент утепленности одежды =0,66;
  
• 
  количество человек в доме =5;
  
• 
  время пребывания в доме =14 ч/сут;
  

Расчет по формуле (14) дает:
) Вт
Таким образом,

198Вт.

1.2.6 Теплота, поступающая от системы отопления

Общая тепловая потребность дома, которую должна обеспечивать система отопления находим по формуле:
(15)
Вт
Для реализации установленной потребности (6104Вт) рассмотрим приток теплоты за счет системы отопления:
(16)
где - теплоотдача от отопительного котла, Вт.

- теплоотдача от подводящих трубопроводов, Вт.

- теплоотдача от радиаторов, Вт.




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 в процессе теплоотдачи котла;

- количество тепла, переданное излучением от первого тела ко второму.

Количество теплоты, переданное в процессе теплоотдачи, определяется по уравнению Ньютона-Рихмана:
, (18)
где - площадь поверхности отопительного котла, = 0,82 м²;

- разность температур отопительного котла и воздуха в помещении: =80°С и =20°С,

- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²∙К): ≈ 20 Вт/(м²∙К).

По формуле (18) находим:

Вт.


Расчетные формулы для теплообмена излучением. Общая формула для расчета теплообмена излучением между двумя непрозрачными телами на основании закона Стефана — Больцмана, имеет вид:



, (19)
где – постоянная Стефана-Больцмана ≈ 5,67 Вт
, - температуры поверхности отопительного котла и помещении;

- степень черноты ≈ 0,9
Используя формулу (19) находим:
343Вт.
По формуле (17) найдем теплоотдачу отопительного котла:
Вт
найдем по методике, изложенной в [10]. Для этого по таблице определим площадь в эквивалентных квадратных метрах (экм) одного метра неизолированного участка трубопровода f₀ в зависимости от его диаметра.

Найдем теплоотдачу с 1 экм по формуле:
, (18)
где - разность между температурой воды, поступающей в радиатор и расчетной температурой воздуха в помещении.

Тогда теплоотдача от подводящих труб вычисляется по формуле:
, (19)
где - поправочный коэффициент на статус подводящих трубопроводов и равен:

а) 0.5 - для стояков;

б) 0.9 - для подводок к радиаторам;

в) 0.25 - для магистралей над потолком;

г) 0.75 - для магистралей под потолком;

L - длина отдельных участков, м,


Таблица 6

Теплоотдача от подводящих труб

Помеще-ние по плану (рис. 5)	Диаметр подводящих труб, м	Площадь 1м неизолир. участка трубопро-вода,экм	Типы участков поводящих труб	Длина по участкам, м	Тепло-отдача от труб Вт	Сумма по помещениям Вт
I	0,032	0,19	подводка	2,25	78,9	1080
II				2,6	91,3
III				7,42	260,5
IV				9,015	316,4
V				6,4	224,6
VI				1,47	51,6
VII				1,6	56,2

=1080 Вт.
Тогда, с учетом всего, требуемая теплоотдача от радиатора равна:
(20)
Вт
Таблица 7

Теплоотдача с радиаторов действительная

Число секций	Площадь прибора, м2	Площадь прибора, экм	Теплоотдача действительная
7×9	5,6	8,3	918

Полная действительная теплоотдача от радиаторов, установленных в доме:

Вт
Превышение действительной теплоотдачи радиаторов над требуемой:
Вт.
1.3 Оценка удельной тепловой характеристики квартиры

Удельную тепловую характеристику дома , Вт/(м³·К) можно рассчитать по формуле:

(21)
где - расчетные тепловые потери через наружные ограждения всеми помещениями квартиры, Вт;

- объем квартиры по внешнему обмеру, м³

Используем данные:

• 
  объем квартиры по внешнему обмеру при площади по внешнему обмеру = 105,2 м², толщине пола 0,29 м, высоте потолка 2,65 м равен:
  

м³;

• 
  теплопотери через наружные ограждения:
  

Вт.
По формуле (21) получим:
q= Вт/(м³·К).
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 , ГДж по формуле:
, (22)
где - средняя температура наружного воздуха в отопительный период,

- продолжительность отопительного сезона, сут.,

- установочная тепловая мощность системы отопления по укрупненным показателям, Вт:
(23)
Вт
По формуле (22) рассчитаем необходимые годовые затраты в ГДж:
84,3ГДж
Действительные годовые затраты теплоты (суммарная мощность отопительной системы):
93ГДж
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

=84,3 ГДж, то требуемая масса угля ≈ 3,4 т(84,3ГДж/25ГДж/т = 3,4 т). Стоимость 1 т каменного угля 2477 руб., соответственно 3,4 т = 8422руб./год.

Действительные годовые затраты теплоты

=93ГДж, это ≈ 3.7 т угля и 9165 руб./год.

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