Справочник строителя | Расчет режимов отопления

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Влияние теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий на тепловой режим отапливаемых помещений

От теплотехнических качеств ограждающих конструкций здания зависит величина удельных тепловых нагрузок на системы отопления q, Вт/м².

По нормам СНиП в холодный и переходный периоды года в обслуживаемой зоне жилых, общественных и административно-бытовых помещений температура воздуха должна быть t_в = 20...22 °С, относительная влажность φ_в = 45-30 %, скорость движения воздуха не более 0,2 м/с.

Работа системы отопления должна обеспечить подведение такого количества теплоты Q_т.от., которое компенсирует теплопотери через наружные ограждения Q_{т.пот.тр.} и нагрев наружного воздуха Q_т.пн., поступающего путем инфильтрации (естественного проникновения) в помещение через неплотности в наружных ограждающих строительных конструкциях.

Способность строительных конструкций проводить теплоту оценивается через показатель термического сопротивления:

где δ - толщина слоя материала, м; λ - расчетный коэффициент теплопроводности строительного материала, Вт/(м·°С).

В целях снижения потерь теплоты в последние годы широко применяются в строительстве многослойные ограждающие конструкции с размещением внутри конструкции слоя тепловой изоляции. Для многослойной строительной конструкции термическое сопротивление определяется суммой термических сопротивлений отдельных слоев:

где R₁, R₂,..., R_n - термические сопротивления слоев из однородного материала, м²·°С/Вт, вычисляются по формуле (1).

Сопротивление теплопередаче строительной ограждающей конструкции R_o вычисляется по формуле:

где R_к - термическое сопротивление ограждающей конструкции, вычисляемое для однослойной - по формуле (1) и для многослойной - по формуле (2), м²·°С/Вт; α_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м²·°С); для стен, полов и потолков можно принять α_в = 8,7 Вт/(м²·°С); α_н - коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²·°С); для наружных стен, покрытий, перекрытий можно принять α_н = 23 Вт/(м²·°С).

Системы отопления рассчитываются на климатические условия, определяемые по СНиП параметрами Б. Так, например, для Москвы расчетная температура наружного воздуха в холодный период года t_нх = -26 °С.

Для различных строительных конструкций наружных ограждений вычисляется приведенный коэффициент термического сопротивления:

где F₁, F₂, ..., F_n - поверхности наружных ограждений зданий, м²; R₁, R₂,..., R_n - термические сопротивления конструкций, м²·°С/Вт, вычисляемые для однослойных конструкций по формулам (1) и для многослойных конструкций - по (2).

ПРИМЕР 1. Исходные условия: Жилая комната в Москве площадью F = 20 м² имеет наружную стену с окном. Примем, что для наружной стены с окном в комнате приведенное термическое сопротивление по формуле (4) составляет R_{к. пр} = 1,8 м²·°С/Вт; α_в = 8,7 Вт/(м²·°С); α_н = 23 Вт/(м²·°С).

Требуется: Определить сопротивление теплопередаче наружной стены с окном.

Решение: По формуле (3) находим сопротивление теплопередаче наружной стены из помещения наружу:

Теплопотери от теплопередачи - тепловой поток через наружные ограждения площадью F_н - вычисляются по формуле:

Такие теплопотери называют трансмиссионными.

Вторая составляющая нагрузки на систему отопления связана с нагревом поступающего в помещение холодного наружного воздуха, необходимого для вентиляции. Тепловой поток на нагрев приточного наружного воздуха L_п.н вычисляется по формуле:

где ρ_п.н - средняя массовая плотность нагреваемого воздуха, кг/м³; с_р = 1 кДж/(кг·°С) - теплоемкость воздуха; 3,6 - переводной коэффициент кДж в Вт·ч. L_п.н - объем инфильтруемого наружного воздуха, м³/ч.

В качестве примера рассчитаем суммарные теплопотери жилой комнаты.

ПРИМЕР 2. Исходные условия: Жилая комната площадью пола F_ж = 20 м² с наружной стеной с окном площадью 10 м², имеет приведенное термическое сопротивление R_o = 1,96 м²·°С/Вт.

Требуется: Для указанной комнаты рассчитать трансмиссионные потоки и потери на инфильтрацию.

Решение: 1. По формуле (5) для Москвы расчетный трансмиссионный тепловой поток (теплопередача от наличия разности температур) составит:

2. Инфильтрация наружного воздуха через неплотности в ограждениях должна быть не меньше требований санитарных норм. По нормативным нормам минимальный расход приточного наружного воздуха в жилые помещения должен быть 3 м³/ч на 1 м² жилой площади. Для рассматриваемого жилого помещения минимальный расход приточного наружного воздуха будет:

По формуле (6) для рассматриваемого жилого помещения получим:

3. Вычислим для рассматриваемого помещения сумму тепловых потоков, затрачиваемых на компенсацию трансмиссионных теплопотерь и на нагрев санитарной нормы наружного воздуха:

4. Вычислим процентную долю составляющих требуемого количества теплоты на трансмиссионные теплопотери и нагрев наружного воздуха:

— доля трансмиссионных теплопотерь составит:

— доля расхода теплоты, на нагрев поступающего в помещение наружного воздуха по санитарной норме:

Из примера 2 запомним, что превалирующей тепловой нагрузкой в жилой комнате является вентиляционная - 81 %, а отопительная составляет - 19 %.

Достигнутое в настоящее время благодаря выполнению требований МГСН-99, увеличение термического сопротивления современных трехслойных ограждающих конструкций (со слоем теплоизоляции) позволило почти в десять раз сократить трансмиссионные теплопотери по сравнению с однослойными бетонными панелями, широко использовавшимися при строительстве зданий в 60-80-х годах прошлого века.

Дальнейшее повышение термического сопротивления наружных ограждений не даст существенного снижения потребностей помещений в теплоте для отопления и вентиляции.

Значительное снижение потребности в теплоте достигается путем использования теплоты вытяжного воздуха на нагрев приточного наружного воздуха.

Особенно это актуально для административных и общественных зданий при нахождении людей на рабочих местах более 3 ч. В этих случаях санитарная норма подачи приточного наружного воздуха составляет 60 м³/ч на 1 человека.

В рассматриваемом помещении площадью 20 м² обычно работают Л - 3 чел. В этом случае санитарная норма подачи наружного воздуха в помещение составит:

Тепловой поток на нагрев приточного наружного воздуха в административный офис площадью 20 м² по формуле (6) составит:

Если в административном здании нет механической приточной вентиляции с подогревом воздуха, то нагрев неорганизованно поступившего наружного воздуха должен компенсироваться тепловой производительностью отопительного прибора.

Общая потребность в тепловой мощности на компенсацию трансмиссионных теплопотерь и нагрев санитарной нормы наружного воздуха в административном помещении составит: Q_{т.пот.тр} + Q_т.п.н = 235 + 2991 = 3226 Вт, а доли их соответственно - 7,3 % и 92,7 %.

В настоящее время имеются программы для расчета на персональных компьютерах теплопотерь через ограждающие конструкции зданий. Особенности теплотехнических качеств и размеры ограждающих конструкций заносятся в компьютерную программу. По результатам расчетов получаются исходные данные о теплопотерях для проектирования систем отопления зданий.

Расчетные данные о теплотехнических качествах и размерах ограждающих конструкций здания заносятся в «Энергетический паспорт здания», форма которого представлена в разделе "Энергосбережение и экономия тепловой энергии". В энергетический паспорт заносятся данные о термическом сопротивлении всех наружных ограждающих конструкций и приведенный трансмиссионный коэффициент термического сопротивления, вычисляемый по формуле (4).

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях