Тепловая мощность системы отопления

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕПЛОВАЯ МОЩНОСТЬ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

1. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПОМЕЩЕНИЙ

Тепловой режим в помещениях при эксплуатации зданий может быть постоянным и переменным в зависимости от их назначения.

К зданиям с постоянным тепловым режимом относятся жилые и подобные здания; производственные здания с непрерывной работой; здания детских и лечебных учреждений, музеев и книгохранилищ, закрытых плавательных бассейнов; транспортные сооружения.

В производственных зданиях при сведении теплового баланса помещения принимают в расчет интервал технологического цикла с минимальными теплопоступлениями. Для гражданских зданий (кроме жилых) обычно принимают, что в помещениях отсутствуют люди, нет искусственного освещения и других источников теплоты.

В общем случае разность теплопотерьи теплопоступлений определяет тепловую мощность отопительной установки для компенсации недостатка теплоты в помещении:

(III.1)

где: Q_0T -- недостаток теплоты в заданный момент времени, Дж/с (ккал/ч), т, е. мощность отопительной установки, Вт (далее будем выражать секундные потери или расходы теплоты в Вт).

К зданиям с переменным тепловым режимом относятся производственные здания с одно- и двухсменной работой; вспомогательные здания промышленных предприятий; здания предприятий обслуживания населения и другие общественные здания (управлений, конторские, торговые, учебные, зрелищные и т.п.).

Для этих зданий также прежде всего выявляют, требуется ли постоянно отапливать помещения. Если в рабочее время теплопотери превышают тепловыделения, то тепловую мощность отопительной установки вычисляют по уравнению (III. 1). В нерабочее время используют имеющуюся установку, если она достаточной мощности, для поддержания минимальной допустимой температуры помещений и «натопа» перед началом работы. Возможно также применение специальной отопительной установки, так называемого дежурного отопления. Тепловую мощность установки дежурного отопления определяют в соответствии с теплопотерями при пониженной температуре помещений в этот период времени:

(III.2)

Теплопотери в помещениях связаны с теплопередачей через ограждающие конструкции , расходом тепла на нагревание воздуха, поступающего через открываемые ворота, двери и другие проемы и неплотности в ограждениях (в том числе инфильтрующегося воздуха), , а также на нагревание поступающих извне материалов, оборудования и транспорта . Технологические процессы могут быть связаны с испарением жидкости и другими реакциями, сопровождающимися поглощением тепла, . Кроме того, при подаче воздуха для вентиляции помещений с пониженной против t_Bтемпературой расходуется теплота . Итак:

(III.3)

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 . Теплота может также выделяться при технологических процессах (конденсация водяного пара, экзотермические химические реакции и т. п.). Кроме того, возможно устойчивое поступление теплоты от солнечной радиации . Таким образом,

(III.4)

2. ТЕПЛОПОТЕРИ ЧЕРЕЗ ОГРАЖДЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ

Расчетные теплопотери Q_orp через отдельные ограждающие конструкции или их части площадью F, м², определяют по формуле

(III.5)

где: -- приведенное сопротивление теплопередаче ограждения; - коэффициент теплопередачи ограждения; - температура помещения;

В производственных помещениях высотой более 4 м принимают для пола и вертикальных ограждений на высоту до 4 м от пола -- нормируемую температуру в рабочей зоне; для стен и окон, расположенных выше 4 м от пола, -- среднюю температуру по высоте помещения; для покрытия и световых фонарей -- температуру воздуха в верхней зоне (по расчету, а также по отраслевым нормативным документам; при воздушном отоплении с интенсивным воздухообменом принимают на 3° С выше температуры в рабочей зоне). тепловой нагревание здание

Составив уравнение баланса теплоты, поступающей в неотапливаемое помещение и теряемой через его ограждения, получим:

(III.6)

где: , , -- произведения коэффициентов теплопередачи, на площади соответственно внутренних ограждений, теплопроводов и наружных ограждений для неотапливаемого помещения, в котором рассчитывают температуру , -- температура теплоносителя в трубах.

Определив температуруподставляют в формулу (III.5) разность температуры вместо произведения .1

Коэффициент теплопередачи огражденияk, Вт/(м² * К) [ккал /(ч-м²°С)], характеризующий поверхностную плотность теплового потока при температурном напоре, равном 1° C численно выражают величиной, обратной общему сопротивлению теплопередаче от внутреннего в наружный воздух:

(III.7)

Пример III. 1. Требуется определить теплопотери через внутреннюю стену площадью 15 м² отапливаемого помещения (t_В = 20° С), если эта стена, обладающая сопротивлением теплопередаче 0,69 К м²/Вт (0,8° С м² ч/ккал), граничит с неотапливаемым помещением, наружные ограждения которого площадью 40 м² имеют средний коэффициент теплопередачи 1,16 Вт/(м² К) [1,0 ккал/(ч м² °С)], а tн= - 30 ° С

Коэффициент теплопередачи внутренней стены по формуле (III.7)

Вт/ (м² К) [1,25 ккал/(ч м² °С)]

Температура воздуха в неотапливаемом помещении по формуле (Ш.6)

Теплопотери через внутреннюю стену по формуле (III.5) при = 1:

Вт (635 ккал/ч)

Площади наружных и внутренних ограждений при расчете теплопотерь помещений вычисляют (с точностью до 0,1 м²), соблюдая правила обмера ограждений по планам и разрезам здания. Эти правила учитывают сложность теплопередачи на границах ограждений, предусматривая условное увеличение или уменьшение площадей для соответствия фактическим теплопотерям.

В формуле (III.5) коэффициентом учитывают добавочные тепло потери сверх основных. Добавочные теплопотери через ограждения принимают как установленные практикой поправки к основным теплопотерям, рассчитанным по формуле (III.5) при = 1.

Эти дополни тельные теплопотери возникают вследствие усиленного излучения с поверхности ограждений, обращенных на северную сторону, изменения расчетной температуры в угловых и высоких помещениях, поступления холодного воздуха через открываемые проемы и т. д.

Добавка на ориентацию ограждений по сторонам горизонта принимается для всех наружных вертикальных и наклонных (в проекции на вертикаль) ограждений, обращенных на север, восток, северо-восток и северо-запад в размере 10%, на запад и юго-восток-- 5% основных теплопотерь через эти ограждения.

Добавка в угловых помещениях общественных зданий и вспомогательных помещений производственных зданий (имеющих две и более наружных стен) учитывает понижение радиационной температуры. Для вертикальных ограждений (наружные стены, окна и двери) принимают в размере 5% основных теплопотерь (в угловых помещениях жилых и подобных зданий повышают расчетную температуру внутреннего воздуха на 2° С и добавку 5% не вводят).

Добавка на поступление холодного воздуха через входы и въезды в здания, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами. При кратковременном открывании наружных дверей в N -этажных зданиях при двойных дверях с тамбуром между ними принимают добавку в размере 80N'%, при одинарной двери -- 65N%, при наличии двух тамбуров между тройными дверями -- 60N% основных теплопотерь через эти двери.

При кратковременном (менее 15 мин в течение 1 ч) открывании ворот, не имеющих шлюза или тамбура, принимают добавку в размере 300% основных теплопотерь через ворота. Добавочныетеплопотери не учитывают для запасных или летних дверей и ворот (например, для балконных дверей).

Добавка на высоту помещений жилых, общественных и вспомогательных зданий: суммарные теплопотери через все ограждения (включая прочие дополнительные теплопотери) высоких помещений увеличивают на 2% на каждый метр высоты сверх 4 м (общая добавка не должна превышать 15%). Эта добавка учитывает увеличение теплопотерь в ; верхней части высоких помещений вследствие повышения температуры воздуха. Добавку на высоту для лестничных клеток не предусматривают.

Теплопотери каждого помещения определяют как сумму расчетных потерь теплоты через все его наружные ограждения с учетом добавочных теплопотерь. В них включают также потери или поступления теплоты через внутренние ограждения, если температура воздуха в соседнем помещении ниже или выше температуры в рассматриваемом помещении на 5° С и более.

В жилых и общественных зданиях общие теплопотери через наружные ограждения ограничены нормами. Так, средние по жилому зданию теплопотери не должны превышать: через вертикальные ограждения с учетом световых проемов 70 (60), через покрытия - 35 (30) и через цокольные перекрытия - 17,5 Вт/ м²

3. ТЕПЛОПОТЕРИ НА НАГРЕВАНИЕ ВОЗДУХА И МАТЕРИАЛОВ

Теплопотери, Вт (ккал/ч), на нагревание наружного воздуха, поступающего путем инфильтрации в помещение, определяют по формуле

(III.8)

где: - поправочный коэффициент, учитывающий нагревание инфильтрирующегося воздуха в межстекольном пространстве окон (0,8 - при раздельных и 1,0 при спаренных переплетах; - расчетные площади соответственно окон и других наружных ограждений, - удельная массовая теплоемкость воздуха, равная 1005 Дж/(кг К); - расчетная температура воздуха; - количество воздуха, поступающего путем инфильтрации через 1 м² площади окон и наружных ограждений (кг/(ч м²)

Количество воздуха, поступающего в 1ч, вычисляют по формулам:

(III.9)

где: - сопротивление воздухопроницанию заполнения световых проемов;

(III.10)

Разность давления у наружной и внутренней поверхностей ограждающих конструкций вычисляют в центре рассматриваемого элемента (окна, двери, стены, ворот, фонаря). В отличие от формулы (II.34), применяемой при выборе конструкции ограждения, подходящей по воздухопроницанию, разность давления , Па (кгс/м²), определяют (при расчетах в системе единиц МКГСС из формулы исключают g);

(III.11)

где: Н, h-- высота над поверхностью земли соответственно верхней точки здания (верха карниза, устья вентиляционной шахты, центра фонаря) и центра рассматриваемого элемента ограждений, м; р_В, р_Н -- плотность (объемная масса Yb.Yh) соответственно внутреннего и наружного воздуха, кг/м³; v_H-- расчетная скорость ветра; выбор значений -- см. п. II.2; К -- относительное динамическое давление ветра, учитывающее изменение давления ветра в зависимости от высоты и типа местности; с_н, с₃ -- аэродинамический коэффициент соответственно для наветренной и заветренной поверхностей здания; Рв, Рд -- давление воздуха в здании соответственно при балансе и дебалансе (знаки плюс при подпоре, минус при разрежении) вентиляционного воздуха, Па (кгс/м²); при естественной вентиляции в здании принимают р_в-- р_л = 0.

При вычислении разности давления для жилых и общественных зданий с естественной вытяжной вентиляцией, учитывая частичную потерю давления при движении воздуха по вентиляционным каналам, , используют вместо формулы (III.11) формулу

(III.12)

включающую плотность воздуха при температуре 5 °С (1,27 кг/м³).

Наружный воздух поступает в помещения зданий в основном через окна; инфильтрацией воздуха через оштукатуренные кирпичные стены и тем более через крупнопанельные стены практически можно пренебречь. Теплопотери на нагревание инфильтрующегося воздуха можно рассчитывать только для помещений на нижнем и верхнем этажах, а для помещений на промежуточных этажах определять путем интерполяции в зависимости от расположения центров окон.

Для помещений производственных зданий, если нет необходимых данных, теплопотери на нагревание инфильтрующегося воздуха допускается принимать равными 30% основных теплопотерь через ограждения (но не менее чем требуется при дебалансе объемов воздуха приточно-вытяжной механической вентиляции).

Для жилых комнат площадью F_п, м², в жилых зданиях теплопотери на нагревание инфильтрующегося воздуха, поступающего вследствие естественной вытяжки, не компенсируемой подогретым приточным воздухом, дополнительно определяют по формуле

(III.13)

где Li= 3 м³/(ч м²) -- нормативный воздухообмен, отнесенный к 1 м² пола жилых комнат, который должен быть обеспечен при расчетной температуре наружного воздуха t_H,. После расчетов принимают большее из значений, полученных по формулам (III.8) и (III. 13).

Практически количество холодного воздуха Gщ, кг/с, поступающего через щели, можно рассчитать исходя из скорости движения воздуха в щелях, полученной при известной разности давления воздуха снаружи и внутри помещения, по формуле

(III.14)

где F_щ= bl-- площадь щелей шириной b, м, и общей длиной l, м; -- сумма коэффициентов местных сопротивлений щели (вход и выход воздуха из щели округленно можно оценить = 2).

Теплопотери на нагревание приточного вентиляционного воздуха, подаваемого в помещение в количестве G_np, кг/c, при температуре рассчитывают по формуле

(III.15)

Если t_ПР>t_B, то теплопотери при действии приточной вентиляции сменяются поступлением теплоты, т. е. обеспечивается воздушное отопление помещений.

Теплопотери на нагревание поступающих в помещения снаружи материалов, изделий, одежды, транспортных средств массой G_M, кг/с, определяют, по формуле

(III.16)

где с-- удельная массовая теплоемкость материала, Дж/(кг К); среди распространенных материалов теплоемкость меди 420, стали и чугуна 480, большинства строительных материалов 840--880, верхней шерстяной одежды 1590, изделий из дерева 2300, воды 4187 Дж/(кг-К); tм -- температура материала (температуру металла принимают равной температуре, наружного воздуха, температуру других материалов, особенно сыпучих, а также одежды'-- на 10--15°C выше температуры наружного воздуха); В - поправочный коэффициент, выражающий среднее уменьшение полной разности температуры (t_В - t_М) во веем объеме материала за время с начала нагревания. Принято считать для первого часа нагревания одиночной партии материалаВ= 0,4 - 0,5, а при равномерном поступлении материалов в течение рабочего дня - общий В= 1.

4. ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЯ В ПОМЕЩЕНИЯ

При расчете мощности отопительной установки в баланс теплоты вводят, как уже сказано, явные (излучением и конвекцией) тепловыделения людей Q_Л, учитывая интенсивность выполняемой работы и теплозащитные свойства одежды. Отдачу явной теплоты одним человеком Q_ЧЕЛ Вт (ккал/ч), определяют по формуле

(III.17)

где: -- коэффициент, учитывающий интенсивность работы; равен 1,0 для легкой работы, 1,07 для работы средней тяжести и 1,15 для тяжелой работы; -- коэффициент, учитывающий теплозащитные свойства одежды; равен 1,0 для легкой одежды, 0,65 для обычной одежды и 0,4 для утепленной одежды; - скорость движения воздуха в помещении, м/с ; -- температура помещения, ° С.

Теплопоступления в помещение от нагретого оборудования Q_ОБ определяют по данным технологического проекта или вычисляют теплоотдачу от нагретой поверхности Q_ПОВ, если заданы площадь F_ПОВ и температура поверхности t_ПОВоборудования (например, печей) коммуникаций (труб, воздуховодов):

(III.18)

где: - общий коэффициент лучисто-конвективного теплообмена на нагретой поверхности, Вт/(м²K).

При искусственном освещении и работающем электрическом производственном оборудовании тепловыделения Q_Э, Вт (ккал/ч), составляют

(III.19)

где: k-- коэффициент, учитывающий фактическое использование мощности, загрузку и одновременность работы нескольких приборов или оборудования и долю перехода электрической энергии в теплоту, которая поступает в помещение (может изменяться в пределах от 0,15 до 0,95; принимается по данным технологической части проекта); N -- мощность отопительных приборов или силового оборудования, Вт.

Бытовые тепловыделения в жилых квартирах вычисляют по формуле

(III.20)

где F_n-- площадь пола отапливаемого помещения, м².

Теплопоступления от нагретых материалов Q_MАT и изделий, а также от горячих газов, выпускаемых в помещение, определяют по формуле (III.16), подставляя в нее разность температур .

Теплоту солнечной радиации Q_c.p при расчете мощности отопительных установок включают в тепловой баланс в исключительных случаях (в районах с преобладанием зимой солнечной погоды) для помещений со световыми проемами, обращенными на юг. Обычно же эту теплоту учитывают при эксплуатации отопительных установок, уменьшая теплопередачу приборов для экономии топлива.

5. УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗДАНИЯ

Общие теплопотери здания Q_ЗД принято относить к 1 м³ его наружного объема и 1° С расчетной разности температуры. Получаемый показатель q, Вт/(м³ К) [ккал/(ч м³ ° С)], называют удельной тепловой характеристикой здания:

(III.21)

где: V_Н- объем отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м³ (высоту отсчитывают от поверхности земли); t_B -t_H- расчетная разность температура для основных помещений здания.

Приблизительное значение (без детального расчета теплопотерь) удельной тепловой характеристики можно найти по формулам, приведенным в справочных пособиях, если известны размеры здания, коэффициенты теплопередачи его наружных ограждений и доля остекления стен.

Для гражданских зданий q, Вт/(м³ К), может быть ориентировочно найдено по формуле

(III.22)

где: d -- доля остекления стен; F-- площадь наружных стен, м²; S -- площадь здания в плане, м².

Удельную тепловую характеристику используют также для ориентировочного определения теплопотерь зданий по формуле

(III.23)

где: qо -- удельная тепловая характеристика зданий, соответствующая расчетной разности температур ; -- поправочный коэффициент, учитывающий изменение удельной тепловой характеристики при отклонении фактической расчетной разности температуры от 48° С; вычисляют по формуле:

(III.24)

6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ В ТЕЧЕНИЕ ОТОПИТЕЛЬНОГО СЕЗОНА

Теплозатраты на отопление зданий превышают, как правило, расчетные теплопотери. Это объясняется тем, что в системах отоплений неизбежны «бесполезные» (с точки зрения поддержания необходимой температуры помещений) теплопотери, связанные с теплопередачей через стенки теплопроводов, проложенных в неотапливаемым помещениях, и с размещением отопительных приборов и труб у наружных ограждений.

Установлено, что бесполезные теплопотери не должны превышать 10% расчетных теплопотерь зданий и только для общественных зданий допускается увеличение их до 15%. Фактическая тепловая мощность систем отопления с учетом бесполезных теплопотерь составит

(III.25)

При эксплуатации системы отопления текущая затрата теплоты в большинстве случаев меньше расчетной. Расчетного значения теплозатраты достигают, только тогда, когда температура наружного воздуха понижается до значения, выбранного при расчете теплопотерь. Процесс изменения температуры и количества теплоносителя в течение отопительного сезона, называют эксплуатационным регулированием системы отопления.

Известно, что теплопотери конкретного здания с определенными размерами наружных ограждений и их сопротивлением теплопередаче зависят от разности температуры внутреннего и наружного воздуха, а при постоянной температуре внутреннего воздуха - только oт температуры наружного воздуха. Принимая, что потребность для отопления пропорциональна теплопотерям (без учета теплопоступлений), среднесезонный расход теплоты на отопление получают при средней температуре наружного воздуха в течение отопительного сезона. Тогда, исходя из тепловой мощности системы отопления, вычисленной по формуле (III.25), среднесезонный расход теплоты на отопление здания

(III.26)

где: - температура наружного воздуха соответственно средняя отопительного сезона и расчетная в районе расположения здания.

Годоваятеплопотребностьна отопление зданий Ф_от при этом составит

(III.27)

где: z-- нормативная продолжительность отопительного сезона в данной местности.

Литература

1. Андреевский А.К. Отопление Минск. Вышейшая школа, 1982.

2. Богословский В.И. Тепловой Режим здания М:Строй издат.,1979.

3. Отопление и вентиляция В.Н. Богословсий, В.П.Щеглов, Н.Н.Разумов. М.1980.

4. Пеклов А.А. Кондиционирование воздуха - Киев. Издат «Будивельник» 1987.

5. Сканави А.Н.Конструирование и расчет систем водяного и воздушног отопления зданий. М.Стройиздат, 1983.

6. Шекин Р.В., Березовский В.А., Потапов В.А. Расчет систем центральго отопления. Киев: Вищ. Школа. 1975.

Размещено на Allbest.ru