ОТОПЛЕНИЕ

§ 1.1. Порядок проведения теплотехнического расчета ограждающих конструкций.

1. По величине выбранной характеристики тепловой инерции Д определяется степень инерционности ограждающей конструкции.

2. С учетом выбранной степени инерционности определяются расчетные параметры наружного воздуха – t_H, º C

3. Вычисляется требуемое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции

4. Принимая фактическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции равным требуемому, находится значение термического сопротивления только основного слоя материала (кирпичной кладки, слоя бетона и т.д.):

; отсюда

;

5. По уравнению ; определяется величина характеристики тепловой инерции ограждающей конструкции. Если она соответствует предварительной заданной, то из уравнения находится толщина ограждающей конструкции .

6. Уточняется значение толщины ограждающей конструкции и определяется действительное значение сопротивления теплопередаче наружного ограждения

.

Если величина характеристики тепловой инерции Д отличается от заданной значительно, то задаются новым значением инерционности и расчет повторяется до совпадения.

 

 

§ 1.2 Расчетные параметры внутреннего и наружного воздуха

При определении теплозащитных качеств и выбора конструкции наружных ограждений, проектировании систем отопления принимают следующие параметры воздуха:

1. Расчетные параметры внутреннего воздуха t_e выбираются в зависимости от типа и назначения помещения.

- Для жилых комнат +18 º С

- Для спален +20 º С

- Для кухни +15 º С

- Для класса школы +16 º С

- Для групповой комнаты детского сада +20 º С

- Для цехов и отделов производственных зданий

при тяжелых работах +12 º С

при легких работах + 16 º С

по табл. 1.4, прил.3 стр.254 (1)

2. Расчетную зимнюю температуру наружного воздуха t_н для заданного населенного пункта принимают при расчете теплопотерь в зависимости от величины характеристики тепловой инерции.

Прил. 2 стр.254(1), табл. II.1.2.

а) Д< 1, 5 (безинерционное ограждение)

t_н – абсолютная минимальная температура;

б) 1, 5< Д< 4 (малоинерционные)

t_н – средняя температура наиболее холодных суток;

в) 4< Д< 7 (средней инерционности)

t_н – средняя температура наиболее холодных 3-х суток;

г) Д> 7 (большой инерционности)

t_н – средняя температура наиболее холодной пятидневки

С редняя температура наиболее холодных 3-х суток определяется как средне арифметическое из температур наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки.

§ 1.3 Теплотехнический расчет наружных ограждений

Теплотехнические свойства ограждающих конструкций характеризуются сопротивлением теплопередаче, теплоустойчивостью, воздухо– и паропроницаемостью.

Основные физические свойства строительных материалов в ограждающих конструкциях (плотность – ρ, удельная теплоемкость – С, λ – коэффициент теплопроводности, S – коэффициент теплоусвоения) принимаются по прил. 1 стр. 253(1), табл.II.1.1.

Расчетные величины коэффициентов теплопроводности материалов λ и расчетный коэффициент теплоусвоения S определяются с учетом условий эксплуатации прил. 2 СНиП 61-3-79.

1)Термическое сопротивление отдельных слоев ограждающих конструкций определяется по формул: (1)

где δ – толщина отдельного слоя многослойного ограждения, м;

λ – коэффициент теплопроводности отдельных слоев материала, ; (табл. II.1.1.)

2)Вычисляется величина характеристики тепловой инерции ограждающих конструкций: , (2)

где S₁, S₂, S₃,..., S_n – коэффициенты теплоусвоения материала слоев ограждения при периоде колебание теплового потока Z=24, значения S приведены в прил.1 стр.253(1), табл.II.1.1;

R₁, R₂, R₃, …, R_n – термические сопротивления отдельных слоев огра­ждающих конструкций.

Коэффициент теплоусвоения материала S вычисляется по формуле: (3)

где λ – коэффициент теплопроводности материала, Вт/м·k;

С – коэффициент удельной теплоемкости, кДж/кг·k;

ρ –плотность материала, кг/м³;

Z – период колебаний теплового потока,

3) По величине характеристики тепловой инерции определяется степень инерционности ограждающих конструкций;

а) при Д < 1, 5 – ограждение считается безинерционным,

б) 1, 5< Д < 4 – малой инерционности;

в) 4< Д < 7 – средней инерционности;

г) Д > 7 – большой инерционности;

д) Д =0 – для воздушных прослоек.

4) Определяется требуемое сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций

(4)

где t_в – расчетная температура воздуха в помещении, принимается в зависимости от назначения помещения (см.прил.3 – стр, 254);

n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, (табл.I.4, стр.59(1)), табл.II.1.3;

t_H – расчетная зимняя температура наружного воздуха в райо­не строительства, °С, принимается в соответствии с главой СНиП по строительной климатологии с учетом тепловой инерции ограждающих конструкций;

α _в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м²·k), (табл.I.1, стр.57(1), табл.II.1.4.);

Δ t^H – нормируемый температурный перепад между температурой внутренней поверхности ограждающих конструкций, τ _в и температурой воздуха внутри помещения, t_в; (табл.I.З. стр.58(1), табл.II.1.5)

5) Сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции R₀, (м²·k)/Вт определяется по формуле:

(5)

где α _в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций к воздуху внутри помещений, (табл.I.1, стр.57(1), табл.II.1.4.), Вт/(м²·k);

α _Н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций к наружному воздуху для зимних условий (табл.I.1, стр. 57(1), табл.II.1.4), Вт/(м²·k);

R_К – термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными слоями, (м²·k)/Вт;

вычисляется по формуле (1)

6)Термическое сопротивление R_К (м²·k)/Вт ограждающей кон­струкции с последовательно расположенными однородными слоями сле­дует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:

R_к= R₁ +R₂ +…+R_n (6)

где R₁, R₂, …, R_n – Термическое сопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции, (м²·k)/Вт;

R_{В.П .}– термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, (м²·k)/Вт, если таковая имеется, (табл.1.2. стр.57(1), табл. П.1.6.)

§ 1.4. Расчет термического сопротивления ограждающей конструкции с пустотами

Расчет I

Условно разрезаем плиту плоскостями, параллельными направлению теплового потока, на различные в теплотехническом отношении участки I и II.

Участок I

1) Заменим круглые отверстия диаметром d эквивалентными им по площади квадратными отверстиями. Сторона эквивалентного квадрата равна , (м)

2) Определяется число отверстий n, приходящихся на 1 м ширины плиты.

3) Тогда общая длинна участков I (без пустот) на 1 м ширины составит L= 1 –n·a, (м)

 

4) Общая площадь F₁ и соответственно термическое сопротивление участков I при расчетной длине 1 м будут равны:

F₁=L· 1, (м)

, (м·k/Вт)

Участок II

1) Эквивалентная толщина воздушных прослоек a.

Термическое сопротивление воздушных прослоек этой толщины R_В.П, (табл.1.2. стр.57(1), табл.II.1.6.).

2) Термическое сопротивление стенок плиты на участке II

, (м·k/Вт)

3) Общее термическое сопротивление стенок и пустот составит R_II=R_В.П.+R_СТ, (м·k/Вт)

4) Общая площадь участков II при расчетной длине 1м F₂=a ·n· 1; (м),

5) Тогда среднее термическое сопротивление ограждения определим согласно СНиП II -А.7-71 по формуле:

, (м²·k/Вт)

Расчет II

Условно разрезаем плиту плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, на три слоя, из которых слой 1 и слой 3 одинаковы по толщине и материалу, а слой 2 представляет собой воздушные прослойки (пустоту) с бетонными перемычками.

1) Общая условная толщина слоя 1 и слоя 3

δ _{1, 3}=δ -a, (м)

2) Термическое сопротивление этих слоев будет равно:

R₁+R₃=δ _{1, 3}/λ _δ

3) Для слоя 2, в котором нарушена однородность материала, определяем средние коэффициент теплопроводности

, (Вт/м²·k)

где λ _I, λ _II – коэффициенты, теплопроводности отдельных материалов слоя:

4) Для пустот λ считаем равным эквивалентному коэффициенту теплопроводности воздуха λ _Э

λ _Э= δ _В.П./R_В.П., (Вт/м²·k)

δ _{В.П .}– толщина воздушной прослойки, (м)

R_В.П.– термическое сопротивление воздушной прослойки, (м²·k/Вт), (табл.1.2, стр.57(1), табл.П.1.6.)

5)Средний коэффициент теплопроводности слоя 2

, (Вт/м²·k)

6) Термическое сопротивление слоя 2

R₂=a / λ _СР2, (м²·k/Вт)

7) Термическое сопротивление всех трех слоев:

R_┴ =R₁+R₂+R₃, (м²·k/Вт)

8) Действительное термическое сопротивление железобетонной плиты определяется по формуле:

R=(R_II+ 2 R_┴ )/ 3, (м²·k/Вт)

 

§1.5. Особенности теплотехнического расчета полов

Величине термического сопротивления для пола определяется следующим образом:

1) Площадь пола разбивается на условные зоны, то есть на полосы шириной 2м, параллельные наружным стенам:

Чем ближе расположена полосе к наружной стене, тем она имеет меньшее термическое со­противление теплопередаче.

Условная величина терми­ческого сопротивления теплопередаче отдельных зон неутепленного пола на грунте прини­мается независимо от толщины конструкции при λ ≥ 1, 16 Вт/(м²·k);

а) Для I зоны- R_{НП I} = 2, 15 (м²·k)/Вт;

б) Для II зоны- R_{НП II} = 4, 3 (м²·k)/Вт;

в) Для III зоны- R_{НП III} =8, 6 (м²·k)/Вт;

г) Для IV зоны- R_{НП IV} =14, 2 (м²·k)/Вт;

2) Сопротивление теплопередаче утепленных полов, располо­женных непосредственно на грунте, определяется по формуле:

; (м²·k)/Вт; (1)

где R_{У .П.} – сопротивление теплопередаче отдельных зон неутепленного пола, (м²·k)/Вт;

δ – толщина утепленных слоев, м;

λ – теплопроводность материала утепленных слоев, Вт/(м²·k), утепляющими слоями считают слои из материалов, имеющих теплопроводность

λ ≤ 1, 16 Вт/(м²·k);

3) Сопротивление теплопередаче конструкции полов на лагах R_A определяется по формуле: R_П.Л=1, 18· R_У.П; (м²·k)/Вт

где R_У.П – сопротивление теплопередаче конструкции утепленного пола, определяемого по формуле (1); качестве утепляющих слоев

учитывают воздушную прослойку R_В.П≈ 0, 2 (м²·k)/Вт и дощатый пол, уложенный на лагах.

§ 1.6. Определение потерь тепла

Для определения потерь тепла отдельными помещениями и здани­ем в целом необходимо иметь следующие исходные данные:

- планы этажей и характерные разрезы по зданию со всеми строительными параметрами;

- выкопировка из генерального плана с обозначением стран

света и розы ветров;

- назначение каждого помещения;

- конструкции всех наружных ограждений обоснованные теп­лотехническим расчетом.

Все помещения здания нумеруются порядковыми номерами (с № 101 и далее - помещения 1-го этажа, с № 201- II этажа и т.д.) слева направо лестничные клетки обозначаются отдельно буквами или римскими цифрами.

Потери тепла помещениями через ограждающие конструкции разделяются на основные и добавочные:

1. Основные теплопотери помещений слагаются из теплопотерь отдельные ограждающие конструкции, определяемые по формуле: Q_T=F·к·(t_В–t_Н)·n; (Вт)

где F – площадь ограждающей конструкции, через которую проходит потеря тепла, м²;

Правила обмена поверхностей ограждающих конструкций приведены на стр. 99(1);

К=1/R₀ – коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций Вт/(м²·k);

t_В – расчетная температура внутреннего воздуха; º С

t_Н – расчетная температура наружного воздуха; º С

n – поправочный коэффициент к расчетной разности температур, (табл.1.4 стр.59(1), табл.II.1.3)

1) Теплообмен между смежными отапливаемыми помещениями при расчете теплопотерь учитывается, если разность температур воздуха в этих помещениях составляет более 5º С

2) Теплопотери санитарных узлов прихожих и коридоров относятся к теплопотерям помещений, которые с ними граничат.

3) Подсчет теплопотерь лестничной клетки ведет как для одного помещения без разбивки ее на поэтажные объёмы.

2. Основная формула для расчета потерь тепла помещением через ограждающие конструкции не учитывают ряд факторов, влияющих на величину потерь. К ним относятся ориентация помещения по отношению к сторонам света; наличие двух и более наружных стен: поступление наружного воздуха через наружные двери и ворота; высота помещений; инфильтрация в помещения наружного воздуха через те плотности строительных конструкций (щели в притворах окон, дверей и т.д.).

Перечисленные факторы, кроме инфильтрации, учитывающиеся добавками, исчисляемыми в процентах к основным потерям тепла:

1) На ориентацию по отношению к странам света (для вертикальных и наклонных наружных ограждений). Величина этой добавки принимается в соответствии со схемой (табл.II.19)

2) На продуваемость помещений с двумя наружными стенами и более. В общественных зданиях и вспомогательных помещениях производственных здания принимается в размере 5% от основных теплопотерь. В угловых помещениях, жилых и подобных зданиях повышают расчетную температуру внутреннего воздуха на 2º С и добавку не вводят.

3) На подогрев врывающегося холодного воздуха через наружные кратковременно-открывающиеся двери, на оборудованные воздушными и воздушно-тепловыми завесами. Добавка принимается в % от основных потерь через двери и зависит от этажности здании n и типа входных наружных дверей:

При тройных дверях с двумя тамбурами между ними -60º n

При двойных дверях тамбуром между ними -80º n

При одинарных дверях -65º n

4) На высоту помещений. При высоте помещений больше 4 м расчетная величина теплопотерь через все ограждения с включением добавок увеличивается на 2% на каждый метр высоты сверх 4 м, но не более 15%. В лестничных клетках здания добавочная потеря на высоту не учитывается.

5) На инфильтрацию наружного воздуха. Количество тепла, Вт, q_B необходимое для нагревания наружного воздуха, поступающего в жилые комнаты жилых зданий, не компенсируемой нагретым приточным воздухом в размере портативного воздуха, следует определять по формуле:

q_B =(t_В-t_Н)·Fn, Вт;

где t_В - расчетная температура воздуха помещения, Сº;

t_Н - расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года, º С;

Fп – площадь пола жилой комнаты, м²;

6) При определении потерь тепла помещениями жилых зданий из суммы основных и дополнительных потерь этими помещениями следует вычитать световые тепловыделения q_БЫТ, Вт, вычисляется по формуле:

где F′ _n – площадь пола отапливаемого помещения, м²;

Σ F_К – суммарная площадь пола жилых комнат квартиры, м²;

F_{К.В .}– суммарная площадь пола отапливаемых помещений квартиры, м²;

Полученные результаты расчета теплопотерь записываются в бланк по форме, приведенных в табл.11.5. бланк к стр.103(1).

Для подсчета потерь тепла через стены поверхности охлаждения измеряют без вычета площади окон, таким образом, фактически площадь окон учитывается дважды, поэтому в графе 10 коэффициент К принимают как разность значений для окон и стен:

К=К_ОК-К_СТ; (Вт/м²·k);

Коэффициенты теплопередачи К и сопротивление теплопередаче заполнений световых проемов (окон, балконных дверей и фонарей) и наружных дверей приведены в (табл.11.4 стр.98(1), табл.II.I.8).

Ограждающие конструкции обозначаются сокращенно начальными буквами:

НС—наружная стена;

ВС—внутренние стены;

ДО—окно с двойным остеклением;

ОО— окно с одинарным остеклением;

ПЛ—пол;

ПТ—потолок;

ДД—двойная дверь.

В бланке должны быть подведены итоги потерь тепла по отдельным помещениям, по этажам и в целом по зданию.

3. Полученные теплопотери мы можем сравнить с теплопотерями, определенными по укрупненным измерителям. Для этого определяют расход тепла на отопление по формуле:

Q=q₀·V_H·( -t_H)·α (Вт);

где q₀ – удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м³·k),

показывающая расход тепла на отопление 1 м³ здания при 1 °С расчетной разности температур (см.прил.6 стр.256(1), табл.П.1.10);

α – коэффициент учитывающий влияние на удельную тепловую характеристику местных климатических условий;

(см.прил. 6 стр.256(1), табл.II.1.11).

V_H – cтроительная кубатура отапливаемого здания, м³;

t'_В – средняя температура воздуха в помещениях, °С;

где Σ t_Н – сумма температур отдельных помещений здания; °С;

N – число помещений в здании;

Если фактические теплопотери отличаются от расхода тепла на отопление по укрупненным измерителям не более, чем на 5 10%, значит, подсчет тепла выполнен правильно.

§ 1.7. Выбор и расчет нагревательных приборов

Нагревательные приборы являются основным элементом системы отопления, выбираются в соответствии с характером и назначением отапливаемых зданий, а также при этом учитывают тип систему отопления, вид и параметры теплоносителя.

I. Основные показатели нагревательных приборов, выпускаемых промышленностью, приведены в табл. II.7. стр.112(1).1)

1) Нагревательные приборы следует располагать у наружных стен под окнами.

2) Нагревательные приборы следует располагать в помещениях так, чтобы в системе было наибольшее число стояков и подводки к ним имели бы небольшую длину.

3) В двухтрубных системах наиболее целесообразно размещать нагревательные приборы таким образом чтобы каждый стояк имел двухстороннее присоединение нагревательных приборов.

4) К стоякам лестничных клеток нельзя присоединять нагрева­тельные приборы других помещений.

5) Отопительные стояки следует располагать у наружных стен, а в угловых комнатах следует их располагать в углах, образованных наружными стенами.

6)В зданиях до 4-х этажей нагревательные приборы на лестничных клетках следует устанавливать только на первом этаже у входа. Во избежание замерзания воды в трубопроводах устанавливать нагре­вательные приборы в тамбурах, имеющих наружные двери, а также у входных дверей одинарных не разрешается.

II. Для поддержания в помещении требуемой температуры необходимо, чтобы количество тепла, отдаваемого нагревательными приборами, установленными в помещении, соответствовало расчетным теплопотерям помещения.

1) Количество тепла Q, Вт отдаваемое прибором, определяется по формуле: Q_РАСЧ=F_ПР·к(t_СР-t_В)

где F_ПР – площадь поверхности нагрева, м²;

к – коэффициент теплопередачи прибора, Вт/м²·k;

t_СР – средняя температура теплоносителя, °С;

t_В – температура омывающего воздуха; температура воздуха в помещении, ° С;

2) Откуда , м²;

K – коэффициент теплопередачи некоторых нагревательных приборов при t_СР–t_В =64, 5 ° С, приведены в таблице II.7, стр.112(1).

, ° С; - средняя температура теплоносителя при водяном отоплении;

где – температура теплоносителя при входе в прибор, ° С;

- температура теплоносителя на выходе из прибора, ° С;

3) При учете дополнительных факторов, влияющих на теплопередачу прибора, площадь поверхности нагрева определяется по формуле: · β ₁· β ₂· β ₃· β ₄

где β ₁ – коэффициент, учитывающий охлаждение воды в трубопроводах систем водяного отопления с искусственной циркуляцией (см.табл. II.8 стр.117(1), табл. II.1.13);

β ₂ – коэффициент, учитывающий способ установки прибора см.стр. 117(1), табл.;

β ₃ – коэффициент, учитывающий способ подвода теплоносителя к прибору (см.табл. II.9 стр. 117(1), табл. II.1.14).

β ₄ – коэффициент, учитывающий число секций в приборе. При числе секций до 5 - 0, 95;

от 5 до 10 - 1;

от 11 до 20 - 1, 05;

Для нахождения коэффициента необходимо вычислить расход относительной воды, , кг/( 4· экм), по формуле: ,

где — разность средних температур теплоносителя в нагревательном приборе и окружавшего воздуха, °С;

— перепад температур теплоносителя в нагре­вательных приборах, ° С;

4) Теплопередача 1экм q_ЭКМ определяют по формуле:

q_ЭКМ=9, 28 · β ₃ · Z,

где Z – поправочный коэффициент, зависящий от схемы подачи воды в прибор (для схемы " сверху – вниз" Z =1; " снизу – вниз" Z =0, 9; снизу – вверх" Z =0, 78);

5) Количество тепла, поступавшего в помещение от неизолированных открыто проложенных трубопроводов, определяют по формуле: Q_ТР.=π · d_H· l· к· в· (t_r-t_B), Вт;

где d_H –наружный диаметр, м;

l – длина трубы, м;

к – коэффициент теплопередачи гладких труб, Вт /(м² · k);

t_r – расчетная температура теплоносителя в трубопроводе, º С; t_B – расчетная температура воздуха в помещении, ° С;

в – поправочный коэффициент, учитывающий месторасположе­ние труб, равный 1 – для подводок к приборам и " сушки"; 0, 5 – для вертикальных труб и " стояков"; 0, 75 – для обратных горизонтальных труб у пола помещения; 0, 25 – для подающих труб под потолком.

6) Величина F_ТР экм определяет по формулам:

для труб d 32 мм,

F_ТР = 1, 78· π · d_H· l· в;

для труб d 32 мм,

F_ТР = 1, 56· π · d_H· l· в;

7) Площадь поверхности нагрева F_ПР приборов, экм, определяет­ся по формуле:

8) Число секций в приборах определяется по формуле:

где – площадь поверхности нагрева одной секции радиатора, принятого к установке, экм (см. табл.II.7 стр.112(1), табл.). При округлении числа секций в радиаторе до целого числа расчетную площадь поверхности нагрева можно уменьшить не более чем 0, 1 экм;

Результаты расчета записываются в бланки (табл.II.10, стр. 119(1), табл. II.1.16.).