Можно заказать в специализированной фирме. Правда, стоит это недешево, да и проверить результаты будет невозможно. Совсем другое дело, если вы научитесь анализировать потери тепла в доме самостоятельно. Тогда и платить никому не придется, и вы будете на сто процентов уверены в своих расчетах.
Количество тепла, теряемое зданием за определенную единицу времени, и называется теплопотерями. Величина эта непостоянная. Зависит она от температуры, а также теплозащитных свойств ограждающих конструкций (к ним относятся стены, окна, перекрытия и т.п.). Существенные теплопотери происходят и из-за сквозняков - попадающий внутрь помещения воздух называют по-научному инфильтрацией. А прекрасный способ бороться с ними - установка современных стеклопакетов. Расчет теплопотерь обязательно должен учитывать все эти факторы.
Все строительные и отделочные материалы различаются по своим характеристикам и, следовательно, теплотехническим качествам. Их структура часто неоднородна, состоит из нескольких слоев, а иногда имеет замкнутые воздушные прослойки. Вычислить теплопотери всей этой конструкции можно, сложив показатели для каждого из слоев.
Основной характеристикой материалов в наших расчетах будет показатель Именно он покажет, сколько тепла потеряет конструкции (к примеру, 1 м 2) при определенном температурном перепаде.
Имеем следующую формулу: R=DT/Q
· DT - показатель разности температур;
· Q - количество Вт/м 2 тепла, которое теряет конструкция;
· R - коэффициент сопротивления теплопередачи.
Все эти показатели легко вычислить, пользуясь СНиП. В них прописана информация касательно большинства традиционных строительных материалов. Что же касается современных конструкций (стеклопакетов, гипсокартона и прочих), требуемые данные можно узнать у производителя.
Таким образом можно сделать расчет теплопотерь для каждой Особое внимание следует уделить наружным стенам, чердачным перекрытиям, участкам над холодными подвалами и неотапливаемыми этажами. Добавочные потери тепла происходят через двери и окна (в особенности выходящие на север и восток), а также наружные ворота при отсутствии тамбура.
Расчет теплопотерь здания производят в отношении самого неблагоприятного периода в году. Другими словами, берется самая морозная и ветреная неделя. Суммировав таким образом теплопотери, можно определить требуемую мощность всех отопительных приборов в помещении, необходимых для его комфортного обогрева. Эти расчеты помогут также определить «слабое звено» в системе теплоизоляции и принять дополнительные меры.
Сделать расчет можно и по общим, усредненным показателям. К примеру, для одно- и двухэтажных зданий при минимальной температуре воздуха -25°С тепла на один квадратный метр потребуется 213 Вт. Для зданий с качественным этот показатель снижается до 173 Вт, а то и меньше.
Исходя из всего вышесказанного, можно сказать, что экономить на качественной теплоизоляции не следует. В условиях постоянного повышения цен на энергоносители грамотное утепление и вентиляция конструкций приводят к значительной выгоде.
Определение потерь тепла при транспортировке теплоносителя является задачей, результаты которой влияют на правильный выбор источника теплоэнергии. Определение действительных потерь тепловой энергии трубопроводами и сравнение их со стандартными величинами позволяет своевременно произвести ремонт теплотрассы с заменой труб или их теплоизоляции.
Факторы, влияющие на потери тепла трубопроводом
По существующим методикам в расчетах нормативных потерь тепла учитываются длина и диаметр трубопровода, температура носителя, температура окружающей среды. Значения относительных потерь тепла приводятся к величинам, кратным пяти. Данная методика мало соответствует действительности, поскольку не берет в расчет реальное состояние изоляции трубопроводов и утечки самого теплоносителя. (См. также: )Однако, даже получив уточненные благодаря учету всех величин данные на всей протяженности значительной по длине трассы, нельзя говорить о достоверности этих данных для конкретного участка трубопровода.
Помимо основных параметров: протяженности и диаметра трубопровода, температуры носителя, воздуха и грунта, состояния изоляционного покрытия, на величину тепловых потерь существенное влияние оказывают скорость движения теплоносителя по трубе и количество и мощность потребителей, которые подсоединены к трассе. В случае наличия в системе мелких, находящихся на значительных расстояниях потребителей, потери тепла ощутимо возрастают. А компактная с несколькими крупными потребителями система практически не имеет теплопотерь.
Поэтому, если произведенный расчет тепловых потерь трубопроводов показывает значительные теплопотери для удаленных мелких потребителей, то целесообразной становится задача перевода таких сооружений на индивидуальное отопление. Эта методика также дает возможность определить участки наибольших потерь и показать экономический эффект от замены данного участка трубы. (См. также: )
Установка теплосчетчиков – обеспечение точности расчетов
Подобное обследование теплопотерь точнее и удобнее всего производить при наличии у потребителей, хотя бы у большинства из них, теплосчетчиков. Самым приемлемым вариантом является теплосчетчик с почасовым сохранением данных в архиве.Q = 2π*Ктп*L*(Tr – Tu)/Ln* (D/d)
В этой формуле Q – это величина тепловых потерь, Вт; Ктп – коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/м*с; L – протяженность трубопровода, м; Tr – температура теплоносителя; Tu – температура окружающей среды; π – число «пи»; D – наружный диаметр трубопровода с изоляцией; d – наружный диаметр трубы без изоляционного покрытия.
Данная формула позволяет с достаточно высокой степенью достоверности вычислить величину теплопотерь трубопроводом.
Использование материалов разрешено только при наличии индексируемой ссылки на страницу с материалом.
Для уменьшения расхода теплоты необходим строгий учет тепловых потерь в технологическом оборудовании и тепловых сетях . Тепловые потери зависят от типа оборудования и трубопроводов, правильной их эксплуатации и вида изоляции.
Тепловые потери (Вт) рассчитывают по формуле
В зависимости от типа оборудования и трубопровода суммарное термическое сопротивление составляет:
для изолированного трубопровода с одним слоем изоляции:
для изолированного трубопровода с двумя слоями изоляции:
для технологических аппаратов с многослойными плоскими или цилиндрическими стенками диаметром более 2 м:
для технологических аппаратов с многослойными плоскими или цилиндрическими стенками диаметром менее 2 м:
сителя к внутренней стенке трубопровода или аппарата и от наружной поверхности стенки в окружающую среду, Вт/(м 2 - К); Х тр, ?. ст, Xj — теплопроводность соответственно материала трубопровода, изоляции, стенок аппарата, /-го слоя стенки, Вт/(м. К); 5 СТ. — толщина стенки аппарата, м.
Коэффициент теплоотдачи определяют по формуле
или по эмпирическому уравнению
Перенос теплоты от стенок трубопровода или аппарата в окружающую среду характеризуется коэффициентом а н [Вт/(м 2 К)], который определяют по критериальным или эмпирическим уравнениям:
по критериальным уравнениям:
Коэффициенты теплоотдачи а в и а н рассчитывают по критериальным или эмпирическим уравнениям. Если горячим теплоносителем является горячая вода или конденсирующийся пар, то а в > а н, т. е. R B < R H , и величиной R B можно пренебречь. Если горячим теплоносителем является воздух или перегретый пар, то а в [Вт/(м 2 - К)] рассчитывают по критериальным уравнениям:
по эмпирическим уравнениям:
Тепловая изоляция аппаратов и трубопроводов изготовлена из материалов с малой теплопроводностью. Хорошо подобранная тепловая изоляция позволяет снизить потери теплоты в окружающее пространство на 70 % и более. Кроме того, она повышает производительность тепловых установок, улучшает условия труда.
Тепловая изоляция трубопровода состоит в основном из одного слоя, покрытого сверху для прочности слоем листового металла (кровельная сталь, алюминий и др.), сухой штукатурки из цементных растворов и пр. В случае использования покровного слоя из металла его термическим сопротивлением можно пренебречь. Если покровным слоем является штукатурка, то ее теплопроводность незначительно отличается от теплопроводности теплоизоляции. В этом случае толщина покровного слоя составляет, мм: для труб с диаметром менее 100 мм — 10; для труб с диаметром 100—1000 мм — 15; для труб с большим диаметром — 20.
Толщина тепловой изоляции и покровного слоя не должна превышать предельной толщины, зависящей от массовых нагрузок на трубопровод и его габаритных размеров. В табл. 23 приведены значения предельной толщины изоляции паропроводов, рекомендуемые нормами проектирования тепловой изоляции.
Тепловая изоляция технологических аппаратов может быть однослойной или многослойной. Потери теплоты через тепловую
изоляцию зависят от вида материала. Теплопотери в трубопроводах рассчитывают на 1 и 100 м длины трубопроводов, в технологическом оборудовании — на 1 м 2 поверхности аппарата.
Слой загрязнений на внутренних стенках трубопроводов создает дополнительное термическое сопротивление переносу теплоты в окружающее пространство. Термические сопротивления R (м. К/Вт) при движении некоторых теплоносителей имеют следующие значения:
В трубопроводах, подающих технологические растворы к аппаратам и горячие теплоносители к теплообменным установкам, имеются фасонные части, в которых теряется часть теплоты потока. Местные потери теплоты (Вт/м) определяют по формуле
Коэффициенты местных сопротивлений фасонных частей трубопроводов имеют следующие значения:
При составлении табл. 24 расчет удельных тепловых потерь проводился для стальных бесшовных трубопроводов (давление < 3,93 МПа). При расчете тепловых потерь исходили из следующих данных: тем-
пература воздуха в помещении была принята равной 20 °С; скорость его при свободной конвекции — 0,2 м/с; давление пара — 1x10 5 Па; температура воды — 50 и 70 °С; теплоизоляция выполнена в один слой из асбестового шнура, = 0,15 Вт/(м. К); коэффициент теплоотдачи а„ = 15 Вт/(м 2 - К).
Пример 1. Расчет удельных тепловых потерь в паропроводе.
Пример 2. Расчет удельных тепловых потерь в неизолированном трубопроводе.
Заданные условия
Трубопровод стальной диаметром 108 мм. Диаметр условного прохода d y = 100 мм. Температура пара 110°С, окружающей среды 18 °С. Теплопроводность стали X = 45 Вт/(м. К).
Полученные данные свидетельствуют о том, что использование тепловой изоляции сокращает тепловые потери на 1 м длины трубопровода в 2,2 раза.
Удельные тепловые потери, Вт/м 2 , в технологических аппаратах кожевенного и валяльно-войлочного производства составляют:
Пример 3. Расчет удельных тепловых потерь в технологических аппаратах.
1. Барабан «Гигант» изготовлен из лиственницы.
2. Сушилка фирмы «Хирако Кинзоку».
3. Баркас для крашения беретов. Изготовлен из нержавеющей стали [к = 17,5 Вт/(м-К)]; теплоизоляции нет. Габаритные размеры баркаса 1,5 х 1,4 х 1,4 м. Толщина стенки 8 СТ = 4 мм. Температура процесса t = = 90 °С; воздуха в цехе / ср = 20 °С. Скорость воздуха в цехе v = 0,2 м/с.
Коэффициент теплоотдачи а может бьггь рассчитан следующим образом: а = 9,74 + 0,07 At. При / ср = 20 °С а составляет 10—17 Вт/(м 2 . К).
Если поверхность теплоносителя аппарата открыта, удельные тепловые потери от этой поверхности (Вт/м 2) рассчитывают по формуле
Индустриальная служба «Каприкорн» (Великобритания) предлагает использовать систему «Алплас» для уменьшения тепловых потерь с открытых поверхностей теплоносителей. Система основана на применении полых полипропиленовых плавающих шариков, почти полностью покрывающих поверхность жидкости. Опыты показали, что при температуре воды в открытом резервуаре 90 °С тепловые потери при использовании слоя шариков снижаются на 69,5 %, двух слоев — на 75,5 %.
Пример 4. Расчет удельных тепловых потерь через стенки сушильной установки.
Стенки сушильной установки могут быть изготовлены из различных материалов. Рассмотрим следующие конструкции стенок:
1. Два слоя стали толщиной 5 СТ = 3 мм с расположенной между ними изоляцией в виде асбестовой плиты толщиной 5 И = 3 см и теплопроводностью Х и = 0,08 Вт/(м. К).
Расчет теплопотерь дома - основа отопительной системы . Он нужен, как минимум, чтобы правильно подобрать котёл. Также можно прикинуть, сколько денег будет уходить на отопление в планируемом доме, провести анализ финансовой эффективности утепления т.е. понять окупятся ли затраты на монтаж утепления экономией топлива за срок службы утеплителя. Очень часто подбирая мощность отопительной системы помещения, люди руководствуются средним значением в 100 Вт на 1 м 2 площади при стандартной высоте потолков до трех метров. Однако, не всегда эта мощность достаточна для полного восполнения теплопотерь. Здания различаются по составу строительных материалов, их объему, нахождению в разных климатических зонах и т.д. Для грамотного расчета теплоизоляции и подбора мощности отопительных систем необходимо знать о реальных теплопотерях дома. Как их рассчитать - расскажем в этой статье.
Основные параметры для расчета теплопотерь
Теплопотери любого помещения зависят от трех базовых параметров:
- объем помещения – нас интересует объем воздуха, который необходимо отопить
- разницу температуры внутри и снаружи помещения – чем больше разница тем быстрее происходит теплообмен и воздух теряет тепло
- теплопроводность ограждающих конструкций – способность стен, окон удерживать тепло
Самый простой рассчет теплопотерь
Qт (кВт/час)=(100 Вт/м2 x S (м2) x K1 x K2 x K3 x K4 x K5 x K6 x K7)/1000
Данная формула расчета теплопотерь по укрупненным показателям, в основе которых лежат усредненные условия 100 Вт на 1кв метр. Где основными рассчетными показателями для расчета системы отопления являются следующие величины:
Qт - тепловая мощность предполагаемого отопителя на отработанном масле, кВт/час.
100 Вт/м2 - удельная величина тепловых потерь (65-80 ватт/м2). В нее входят утечки тепловой энергии путем ее поглощения оконами, стенами, потолком полом; утечки через вентиляцию и негерметичности помещения и другие утечки.
S - площадь помещения;
K1 - коэффициент теплопотерь окон:
- обычное остекление К1=1,27
- двойной стеклопакет К1=1,0
- тройной стеклопакет К1=0,85;
К2 - коэффициент теплопотерь стен:
- плохая теплоизоляция К2=1,27
- стена в 2 кирпича или утеплитель 150 мм толщиной К2=1,0
- хорошая теплоизоляция К2=0,854
К3 коэффициент соотношения площадей окон и пола:
- 10% К3=0,8
- 20% К3=0,9
- 30% К3=1,0
- 40% К3=1,1
- 50% К3=1,2;
K4 - коэффициент наружной температуры:
- -10oC K4=0,7
- -15oC K4=0,9
- -20oC K4=1,1
- -25oC K4=1,3
- -35oC K4=1,5;
K5 - число стен, выходящих наружу:
- одна - К5=1,1
- две К5=1,2
- три К5=1,3
- четыре К5=1,4;
К6 - тип помещения, которое находится над расчитываемым:
- холодный чердак К6=1,0
- теплый чердак К6=0,9
- отапливаемое помещение К6-0,8;
K7 - высота помещения:
- 2,5 м К7=1,0
- 3,0 м К7=1,05
- 3,5 м К7=1,1
- 4,0 м К7=1,15
- 4,5 м К7=1,2.
Упрощенный рассчет теплопотерь дома
Qт = (V x ∆t x k)/860; (кВт)
V
- объем помещения (куб.м)
∆t
- дельта температур (уличной и в помещении)
k
- коэффициент рассеивания
- k= 3,0-4,0 – без теплоизоляции. (Упрощенная деревянная конструкция или конструкция из гофрированного металлического листа).
- k= 2,0-2,9 – небольшая теплоизоляция. (Упрощенная конструкция здания, одинарная кирпичная кладка, упрощенная конструкция окон и крыши).
- k= 1,0-1,9 – средняя теплоизоляция. (Стандартная конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей).
- k= 0,6-0,9 – высокая теплоизоляция. (Улучшенная конструкция, кирпичные стены с двойной теплоизоляцией, небольшое количество окон со сдвоенными рамами, толстое основание пола, крыша из высококачественного теплоизоляционного материала).
В данной формуле очень условно учитываются коэффициент рассеивания и не совсем понятно каким коэффициентами пользоваться. В классике редкое современное, выполненное из современных материалов с учетом действующих стандартов, помещение обладает ограждающими конструкциями с коэффициентом рассеивания более одного. Для более детального понимания методики расчёта предлагаем следующие более точные методики.
Сразу же акцентирую ваше внимание на то, что ограждающие конструкции в основном не являются однородными по структуре, а обычно состоят из нескольких слоёв. Пример: стена из ракушника = штукатурка + ракушник + наружная отделка. В эту конструкцию могут входить и замкнутые воздушные прослойки (пример: полости внутри кирпичей или блоков). Вышеперечисленные материалы имеют отличающиеся друг от друга теплотехнические характеристики. Основной такой характеристикой для слоя конструкции является его сопротивление теплопередачи R .
q – это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности (измеряется обычно в Вт/м.кв.)
ΔT - разница между температурой внутри рассчитываемого помещения и наружной температурой воздуха (температура наиболее холодной пятидневки °C для климатического района в котором находится рассчитываемое здание).
В основном внутренняя температура в помещениях принимается:
- Жилые помещения 22С
- Нежилые 18С
- Зоны водных процедур 33С
Когда речь идёт о многослойной конструкции, то сопротивления слоёв конструкции складываются. Отдельно хочу акцентировать ваше внимание на расчётном коэффициенте теплопроводности материала слоя λ Вт/(м°С) . Так как производители материалов чаще всего указывают его. Имея расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя конструкции мы легко можем получить сопротивление теплопередачи слоя :
δ - толщина слоя, м;
λ - расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя конструкции, с учетом условий эксплуатации ограждающих конструкций, Вт / (м2 оС).
Итак для расчёта тепловых потерь через ограждающие конструкции нам нужны:
1. Сопротивление теплопередачи конструкций (если конструкция многослойная то Σ R слоёв)
R
2. Разница между температурой в расчётном помещении и на улице (температура наиболее холодной пятидневки °C.). ΔT
3. Площади ограждений F (Отдельно стены, окна, двери, потолок, пол)
4. Ориентация здания по отношению к сторонам света.
Формула для расчёта теплопотерь ограждением выглядит так:
Qогр=(ΔT / Rогр)* Fогр * n *(1+∑b)
Qогр
- тепло потери через ограждающие конструкции, Вт
Rогр
– сопротивление теплопередаче, м.кв.°C/Вт; (Если несколько слоёв то ∑ Rогр слоёв)
Fогр
– площадь ограждающей конструкции, м;
n
– коэффициент соприкосновения ограждающей конструкции с наружным воздухом.
|
Тип ограждающей конструкции |
Коэффициент n |
|
1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне |
|
|
2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне |
|
|
3. Перекрытия над не отапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах |
|
|
4. Перекрытия над не отапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли |
|
|
5. Перекрытия над не отапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли |
(1+∑b) – добавочные потери теплоты в долях от основных потерь. Добавочные потери теплоты b через ограждающие конструкции следует принимать в долях от основных потерь:
а) в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад - в 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;
б) в помещениях, разрабатываемых для типового проектирования, через стены, двери и окна, обращенные на любую из сторон света, в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 для угловых помещений (кроме жилых), а во всех жилых помещениях - 0,13;
в) через не обогреваемые полы первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха минус 40 °С и ниже (параметры Б) - в размере 0,05,
г) через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты в размере: 0,2 Н - для тройных дверей с двумя тамбурами между ними; 0,27 H - для двойных дверей с тамбурами между ними; 0,34 H - для двойных дверей без тамбура; 0,22 H - для одинарных дверей;
д) через наружные ворота, не оборудованные воздушными и воздушно-тепловыми завесами, - в размере 3 при отсутствии тамбура и в размере 1 - при наличии тамбура у ворот.
Для летних и запасных наружных дверей и ворот добавочные потери теплоты по подпунктам “г” и “д” не следует учитывать.
Отдельно возьмём такой элемент как пол на грунте или на лагах. Здесь есть особенности. Пол или стена, не содержащие в своем составе утепляющих слоев из материалов с коэффициентом теплопроводности λ меньше либо равно 1,2 Вт/(м °С), называются не утепленными. Сопротивление теплопередаче такого пола принято обозначать Rн.п, (м2 оС) / Вт. Для каждой зоны не утепленного пола предусмотрены нормативные значения сопротивления теплопередаче:
- зона I - RI = 2,1 (м2 оС) / Вт;
- зона II - RII = 4,3 (м2 оС) / Вт;
- зона III - RIII = 8,6 (м2 оС) / Вт;
- зона IV - RIV = 14,2 (м2 оС) / Вт;
Первые три зоны представляют собой полосы, расположенные параллельно периметру наружных стен. Остальную площадь относят к четвертой зоне. Ширина каждой зоны равна 2 м. Начало первой зоны находится в месте примыкания пола к наружной стене. Если неутеплёный пол примыкает к стене заглублённой в грунт то начало переносится к к верхней границе заглубления стены. Если в конструкции пола, расположенного на грунте, имеются утепляющие слои, его называют утепленным, а его сопротивление теплопередаче Rу.п, (м2 оС) / Вт, определяется по формуле:
Rу.п. = Rн.п. + Σ (γу.с. / λу.с)
Rн.п
- сопротивление теплопередаче рассматриваемой зоны неутепленного пола, (м2 оС) / Вт;
γу.с
- толщина утепляющего слоя, м;
λу.с
- коэффициент теплопроводности материала утепляющего слоя, Вт/(м·°С).
Для пола на лагах сопротивление теплопередаче Rл, (м2 оС) / Вт, рассчитывается по формуле:
Rл = 1,18 * Rу.п
Теплопотери каждой ограждающей конструкции считаются отдельно. Величина теплопотерь через ограждающие конструкции всего помещения будет сумма теплопотерь через каждую ограждающую конструкцию помещения. Важно не напутать в измерениях. Если вместо (Вт) появится (кВт) или вообще (ккал) получите неверный результат. Ещё можно по невнимательности указать Кельвины (K) вместо градусов Цельсия (°C).
Продвинутый рассчет теплопотерь дома
Отопление в гражданских и жилых зданиях теплопотери помещений состоят из теплопотерь через различные ограждающие конструкции, такие как окна, стены, перекрытия, полы а также теплорасходов на нагревание воздуха, который инфильтрируется сквозь неплотности в защитных сооружениях (ограждающих конструкциях) даного помещения. В промышленных зданиях существуют и другие виды теплопотерь. Расчет теплопотерь помещения производится для всех ограждающих конструкций всех отапливаемых помещений. Могут не учитываться теплопотери через внутренние конструкции, при разности температуры в них с температурой соседних помещений до 3С. Теплопотери через ограждающие конструкции расчитываются по следующей формуле, Вт:
Qогр = F (tвн – tнБ) (1 + Σ β) n / Rо
tнБ
– темп-ра наружного воздуха, оС;
tвн
– темп-ра в помещении, оС;
F
– площадь защитного сооружения, м2;
n
– коэффициент, который учитывает положение ограждения или защитного сооружения (его наружной поверхности) относительно наружного воздуха;
β
– теплопотери добавочные, доли от основных;
Rо
– сопротивление теплопередаче, м2·оС / Вт, которое определяется по следующей формуле:
Rо = 1/ αв + Σ (δі / λі) + 1/ αн + Rв.п., где
αв – коэффициент тепловосприятия ограждения (его внутренней поверхности), Вт/ м2· о С;
λі и δі – расчетный коэффициент теплопроводности для материала данного слоя конструкции и толщина этого слоя;
αн – коэффициент теплоотдачи ограждения (его наружной поверхности), Вт/ м2· о С;
Rв.n – в случае наличия в конструкции замкнутой воздушной прослойки, ее термосопротивление, м2· о С / Вт (см. табл.2).
Коэф-ты αн и αв принимаются согласно СНиП а для некоторых случаев приведены в таблице 1;
δі – обычно назначается согласно заданию или определяется по чертежах ограждающих конструкций;
λі – принимается по справочникам.
Таблица 1. Коэффициенты тепловосприятия αв и теплоотдачи αн
|
Поверхность ограждающей конструкции |
αв, Вт/ м2· о С |
αн, Вт/ м2· о С |
|
Поверхность внутренняя полов, стен, гладких потолков |
||
|
Поверхность наружная стен, бесчердачных перекрытий |
||
|
Перекрытия чердачные и перекрытия над подвалами неотапливаемыми со световыми проемами |
||
|
Перекрытия над подвалами неотапливаемыми без световых проемов |
Таблица 2. Сопротивление термическое замкнутых воздушных прослоек Rв.n, м2· о С / Вт
|
Толщина прослойки воздушной, мм |
Горизонтальная и вертикальная прослойки при тепловом потоке снизу вверх |
Прослойка горизонтальная при тепловом потоке сверху вниз |
||
|
При температуре в пространстве воздушной прослойки |
||||
Для дверей и окон сопротивление теплопередаче рассчитывается очень редко, а чаще принимается в зависимости от их конструкции по справочным данным и СНиПам. Площади ограждений для расчетов определяются, как правило, согласно строительных чертежей. Температуру tвн для жилых зданий выбирают из приложения і, tнБ – из приложения 2 СНиП в зависимости от расположения строительного объекта. Добавочные теплопотери указаны в табл.3, коэф-ент n – в табл.4.
Таблица 3. Добавочные теплопотери
|
Ограждение, его тип |
Условия |
Добавочные теплопотери β |
|
Окна, двери и н аружные вертикальные стены: |
ориентация на северо-запад восток, север и северо-восток |
|
|
запад и юго-восток |
||
|
Наружные двери, двери с тамбурами 0,2 Н без воздушной завесы при высоте строения Н, м |
двери тройные с двумя тамбурами |
|
|
двери двойные с тамбуром |
||
|
Угловые помещения дополнительно для окон, дверей и стен |
одно из ограждений ориентировано на восток, север, северо-запад или северо-восток |
|
|
другие случаи |
Таблица 4. Величина коэффициента n, который учитывает положение ограждения (его наружной поверхности)
Расход тепла на нагревание наружного инфильтрующегося воздуха в общественных и жилых зданиях для всех типов помещений определяется двумя расчетами. Первый расчет определяет расход тепловой энергии Qі на нагревание наружного воздуха, который поступает в і-е помещение в результате действия естественной вытяжной вентиляции. Второй расчет определяет расход тепловой энергии Qі на подогревание наружного воздуха, который проникает в данное помещение сквозь неплотности ограждений в результате ветрового и (или) теплового давлений. Для расчета принимают наибольшую величину теплопотерь из определенных по следующим уравнениям (1) и (или) (2).
Qі = 0,28 L ρн с (tвн – tнБ) (1)
L, м3/ча
с – расход удаляемого наружу из помещений воздуха, для жилых зданий принимают 3 м3/час на 1 м2 площади жилых помещений, в том числе и кухни;
с
– удельная теплоемкость воздуха (1 кДж /(кг · оС));
ρн
– плотность воздуха снаружи помещения, кг/м3.
Удельный вес воздуха γ, Н/м3, его плотность ρ, кг/м3, определяются согласно формул:
γ= 3463/ (273 +t) , ρ = γ / g , где g = 9,81 м/с2 , t , ° с– температура воздуха.
Расход теплоты на подогревание воздуха, который попадает в помещение через различные неплотности защитных сооружений (ограждений) в результате ветрового и теплового давлений, определяется согласно формулы:
Qі = 0,28 Gі с (tвн – tнБ) k, (2)
где k – коэф-ент, учитывающий встредчный тепловой поток, для раздельно-переплетных балконных дверей и окон принимается 0,8, для одинарных и парно-переплетных окон – 1,0;
Gі – расход воздуха, проникающего (инфильтрируещегося) через защитные сооружения (ограждающие конструкции), кг/ч.
Для балконных дверей и окон значение Gі определяется:
Gі = 0,216 Σ F Δ Рі 0,67 / Rи, кг/ч
где Δ Рі – разница давлений воздуха на внутренней Рвн и наружной Рн поверхностях дверей или окон, Па;
Σ F, м2 – расчетные площади всех ограждений здания;
Rи, м2· ч/кг – сопротивление воздухопроницанию даного ограждения, которое может приниматься согласно приложения 3 СНиП. В панельных зданиях, кроме этого определяется дополнительный расход воздуха, инфильтрующегося через неплотности стыков панелей.
Величина Δ Рі определяется из уравнения, Па:
Δ Рі= (H – hі) (γн – γвн) + 0,5 ρн V2 (се,n – се,р) k1 – ріnt,
где H, м – высота здания от нулевого уровня до устья вентшахты (в бесчердачных зданиях устье обычно располагается на 1 м выше крыши, а в зданиях, имеющих чердак - на 4–5м выше перекрытия чердака);
hі, м – высота от нулевого уровня до верха балконных дверей или окон, для которых проводится расчет расхода воздуха;
γн, γвн – веса удельные наружного и внутреннего воздуха;
се,рu се,n – аэродинамические коэф-ты для подветренной и наветренной поверхностей здания соответственно. Для прямоугольных зданий се,р = –0,6, се,n= 0,8;
V, м/с – скорость ветра, которую для расчета принимают согласно приложения 2;
k1 – коэффициент, который учитывает зависимость скоростного напора ветра и высоты здания;
ріnt, Па – условно-постоянное давление воздуха, которое возникает при работе вентиляции с принудительным побуждением, при расчете жилых зданий ріnt можно не учитывать, поскольку оно равно нолю.
Для ограждений высотой до 5,0м коэффициент k1равен 0,5, высотой до 10 м равен 0,65, при высоте до 20 м – 0,85, а для ограждений 20 м и выше принимается 1,1.
Общие расчетные теплопотери в помещении, Вт:
Qрасч = Σ Qогр + Quнф – Qбыт
где Σ Qогр – суммарные потери тепла через все защитные ограждения помещения;
Qинф – максимальный расход теплоты на нагревание воздуха, который инфильтрируется принятый из расчетов согласно формул (2) u (1);
Qбыт – все тепловыделения от бытовых электрических приборов, освещения, других возможных источников тепла, которые принимаются для кухонь и жилых помещений в размере 21 Вт на 1 м2 расчетной площади.
Владивосток -24.
Владимир -28.
Волгоград -25.
Вологда -31.
Воронеж -26.
Екатеринбург -35.
Иркутск -37.
Казань -32.
Калининград -18
Краснодар -19.
Красноярск -40.
Москва -28.
Мурманск -27.
Нижний Новгород -30.
Новгород -27.
Новороссийск -13.
Новосибирск -39.
Омск -37.
Оренбург -31.
Орел -26.
Пенза -29.
Пермь -35.
Псков -26.
Ростов -22.
Рязань -27.
Самара -30.
Санкт-Петербург -26.
Смоленск -26.
Тверь -29.
Тула -27.
Тюмень -37.
Ульяновск -31.
РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ
НЕИЗОЛИРОВАННЫМИ ТРУБОПРОВОДАМИ
ПРИ НАДЗЕМНОЙ ПРОКЛАДКЕ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Введение
В настоящем документе рассмотрены особенности расчета тепловых потерь неизолированными трубопроводами тепловых сетей при надземной прокладке и предложена практическая методика выполнения расчета.
Расчет тепловых потерь изолированными трубопроводами должен выполняться в соответствии с методиками, изложенными в действующих нормативных документах /1, 2/. Характерным для данной ситуации является то, что тепловой поток в основном определяется термическим сопротивлением тепловой изоляции. При этом коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности покровного слоя мало влияет на величину тепловых потерь и поэтому может быть принят по средним значениям.
Работа трубопровода тепловой сети без тепловой изоляции является нетиповой ситуацией, так как, согласно нормам, все теплопроводы должны иметь тепловую изоляцию во избежание значительных тепловых потерь. Именно поэтому ни в каких нормативных документах не приводятся методики расчета теплопотерь трубопроводов для данного случая.
Тем не менее, при эксплуатации тепловых сетей могут возникать и возникают ситуации, когда отдельные участки трубопроводов лишены тепловой изоляции. Для обеспечения возможности расчета потерь тепла такими трубопроводами и разработано настоящая методика. Она базируется на наиболее общих теоретических зависимостях по теплоотдаче трубопровода в условиях вынужденной конвекции, которые приводятся в учебной и справочной литературе .
В соответствии с требованием заказчика все формулы и расчетные величины приводятся не в международной системе единиц, а применительно к измерению теплопотерь в ккал/час.
1. Теоретические основы расчета тепловых потерь
неизолированными трубопроводами
при надземной прокладке
Трубопровод тепловой сети представляет из себя горизонтально расположенную нагретую трубу, обдуваемую ветром или находящуюся в спокойном воздухе. Поэтому теплоотдачу такого трубопровода можно определять по известным зависимостям с использованием коэффициента теплопередачи через стенку трубы:
Q = Fп · (Tп – Tв) / К, (1.1)
К = 1 / (1/αп + δм/λм + 1/αw), (1.2)
Q αп Fп Tп Tв К αп δм λм αw Tп | теплоотдача трубопровода, ккал/час; площадь наружной поверхности трубопровода, м2; температура наружного воздуха, °С. коэффициент теплопередачи через стенку рассматриваемого трубопровода, ккал/(час м2 °С); коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности трубопровода, ккал/(час м2 °С); толщина металлической стенки трубы, м; теплопроводность материала стенки трубы, ккал/(ч м °С); коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности трубопровода, ккал/(час м2 °С); температура наружной поверхности трубопровода, °С; |
В качестве расчетных температур следует брать средние температуры за рассматриваемый период. При этом, температуру поверхности трубопровода можно принимать равной температуре воды в трубопроводе, так как термическое сопротивление стенки трубы δм/λм и сопротивление теплоотдаче на внутренней поверхности 1/αw для чистой трубы во много раз меньше, чем сопротивление теплоотдаче на наружной поверхности 1/αп . Такое допущение позволяет значительно упростить расчет и уменьшить число необходимых исходных данных, так как тогда не требуется знать скорость воды в трубе, толщину стенки трубы, степень загрязнения стенки на внутренней поверхности. Погрешность расчета, связанная с таким упрощением, невелика и значительно меньше погрешностей, связанных с неопределенностью других расчетных величин.
Площадь наружной поверхности трубопровода определяется его длиной и диаметром:
Fп = π Dп L, (1.3)
С учетом выше изложенного выражение (1) можно преобразовать к виду:
Q = αп π Dп L (Tп – Tв), (1.4)
Наиболее важным при расчете тепловых потерь является правильное определение коэффициентов теплоотдачи на наружной поверхности трубопровода. Вопрос теплоотдачи от одиночной трубы хорошо изучен, и расчетные зависимости приводятся в учебных пособиях и справочниках по теплообмену. Согласно теории, общий коэффициент теплоотдачи определяется как сумма коэффициентов конвективной и лучистой теплоотдачи:
αп = αк + αл (1.5)
Коэффициент конвективной теплоотдачи зависит от скорости воздуха и направления потока по отношению к оси трубопровода, диаметра трубопровода, теплофизических характеристик воздуха. В общем случае выражение для определения коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности трубопровода при поперечном обдувании потоком воздуха будет:
при ламинарном режиме движения воздуха (критерий Рейнольдса Re меньше 1000)
αк = 0,43 βφ Re0,5 λв / Dn (1.6)
При переходном и турбулентном режиме движения воздуха (критерий Рейнольдса Re равен или больше 1000)
αк = 0,216 βφ Re0,6 λв / Dn , (1.7)
Re = U β u Dn / v в , (1.8)
U βu vв | расчетная скорость движения воздуха; поправочный коэффициент, учитывающий высоту расположения трубопровода над землей и характер рельефа местности. 7. Определяем коэффициент лучистой теплоотдачи: αл = 4,97 εп (((Tп + 273)/100)4 – ((Tв + 273)/100) 4) / (Tп – Tв) (3.4) 8. Определяем полный коэффициент теплоотдачи: αп = αк + αл (3.5) 9. Определяем часовые тепловые потери трубопроводом: Q = αп π Dп L (Tп – Tв) / 1000 (3.6) 10. Определяем потери тепла, за расчетный период времени, Гкал/час: QN = 24 Q N /1000000, (3.7) где N - количество суток в расчетном периоде времени. Дальнейшие действия следует выполнять, если есть опасения, что снижение температуры на участке велико и расчет следует выполнять по нелинейной зависимости. Для дальнейшего расчета должен быть известен расход теплоносителя на участке. 11. Определяем модуль показателя экспоненты А L : А L = αп π Dп L / (106 Gw ) (3.8) Если полученное значение незначительно отличается от 0, то погрешность расчета теплопотерь составляет примерно половину вычисленного значения. Так, если полученное значение равно 0,05, то можно считать, что теплопотери были определены с точностью порядка 2,5%. Если полученная точность расчета устраивает, то переходим к пункту 13. При необходимости можно откорректировать значение теплопотерь в соответствии с определенной погрешностью: Q = Q (1 – АL / 2) (3.9) 12. Если значение модуля показателя экспоненты А L больше 0,05, или если требуется более высокая точность расчета, вычисляем снижение температуры теплоносителя на участке за счет теплопотерь по экспоненциальной зависимости: ∆ Tw = ( Tw - T в ) (1 – е--А L ) 13. Определяем конечную температуру теплоносителя, чтобы убедиться, что трубопровод не перемерзнет: Twк = Tw - ∆Tw (3.10) 13. Определяем уточненное значение теплопотерь: Q = 1000 Gw ∆Tw (3.11) 14. Определяем уточненные потери тепла за расчетный период времени в соответствии с п.10. 4. Пример расчета тепловых потерь трубопровода Исходные данные: Требуется определить потери теплоты подающим трубопроводом за февраль при следующих исходных данных: Dп = 426 мм, L = 750 м, Tw = 78°С, T в = -21 °С, Uв = 6,4 м/с, Gw = 460 т/час, N = 28 сут., местность пересеченная. Расчет: 1.Определяем по таблицам приложения А при T в = -21 °С: λв = 1,953 vв = 11,69 2. По таблице 1 определяем для пересеченной местности: βu = 0,707 3. Принимаем по среднему значению: βφ , = 0,821 4. Вычисляем: Re = 1000 · 6,4 · 0,707 · 426 / 11,69 = 164890 5. Вычисляем: αк = 2,16 · 0,821·1625670,6 · 1,953 / 420 = 10,975 6. Принимаем по среднему значению: εп = 0,9 7. Вычисляем: αл = 4,97·0,9 · (((78+273)/100)4 – ((-21+273)/100)4) / (78+21) = 4,348 8. Вычисляем: αп = 10,975 + 4,348 = 15,323 9. Вычисляем: Q = 16,08 · 3.14 · 420 · 750 · (78+21) / 1000 = 1522392 ккал/час 11. Вычисляем: А L = 16,08 · 3.14 · 420 · 750 / (106 · 460) = 0,03343 Следовательно, теплопотери были определены с погрешностью около 0,03343 / 2 · 100 = 1,7%. Вычислений по нелинейной зависимости не требуется. Для коррекции значения теплопотерь вычисляем: Q = 1522392 · (1 - 0,03343 / 2) = 1496945 ккал/час 12. Вычисляем: ∆ Tw = 1496945 /(103 · 460) = 3,254 °С 13. Вычисляем: Q N = 24 · 1496945 · 28 / 1000000 = 1005,95 Гкал При вычислении по экспоненциальной зависимости получили бы следующие результаты: ∆ Tw = (78 + 21) · (1 – ЕХР(0,03343)) = 3,255 °С Q = 1000 · 460 · 3,255 = 1497300 ккал/час Q N = 24 · 1497300 · 28 / 1000000 = 1006,2 Гкал Приложение А Теплофизические характеристики воздуха Таблица А1 - Коэффициенты теплопроводности воздуха λв ·102
Таблица А2 - Коэффициенты кинематической вязкости воздуха vв ·106
Литература 1. Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. Учебное пособие для неэнергетических специальностей вузов - М.: Высшая школа, 1975 - 496 с. ил. 2. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. I. Отопление / В. Н.Богословский, Б. А.Крупнов, А. Н.Сканави и др.: Под ред. И. Г.Ста-роверова и Ю. И.Шиллера. - 4-е изд., перераб. и доп. -М.: Стройиздат, 1990 - 344 с.: ил.- (Справочник проектировщика). 3. Нестеренко А. В. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха - 3-е изд, перераб. и доп. -М.: Высшая школа, 1971 - 460 с. ил. |
