9122

20

2.3. Тепловая мощность системы отопления

Система отопления предназначена для создания в помещениях здания температурной обстановки, соответствующей комфортной для человека или отвечающей требованиям технологического процесса. Выделяемая человеческим организмом теплота должна быть отдана окружающей среде так и в таком количестве, чтобы человек, находящийся в процессе выполнения какого-либо вида деятельности, не испытывал при этом ощущения холода или перегрева.

В холодное время года помещение в основном теряет теплоту через наружные ограждения, теплота расходуется на нагревание наружного воздуха,

который проникает в помещение через неплотности ограждений.

В установившемся (стационарном) режиме потери равны поступлениям теплоты. Теплота поступает в помещение от людей, технологического и бытового оборудования, источников искусственного освещения, от нагретых материалов, изделий, в результате воздействия на здание солнечной радиации.

В производственных помещениях могут осуществляться технологические процессы, связанные с выделением теплоты (конденсация влаги, химические реакции и пр.).

Учет всех перечисленных составляющих потерь и поступления теплоты необходим при сведении теплового баланса помещений здания и определении дефицита или избытка теплоты. Наличие дефицита теплоты Q указывает на необходимость устройства в помещении отопления. Избыток теплоты обычно ассимилируется вентиляцией. Для определения тепловой мощности системы отопления Qот составляет баланс расходов теплоты для расчетных условий холодного периода года в виде:

где Qогр – потери теплоты через наружные ограждения;

Qи(вент) – расход теплоты на нагревание поступающего в помещение наружного воздуха;

21

Qт(быт) – технологические или бытовые выделения или расход теплоты.

Баланс составляется для условий, когда возникает наибольший при заданном коэффициенте обеспеченности дефицит теплоты. Для гражданских

(обычно, для жилых) зданий учитывают регулярные теплопоступления в помещение от людей, освещения, других бытовых источников. В

производственных зданиях в расчет принимают период технологического цикла с наименьшими тепловыделениями (возможные максимальные тепловыделения учитывают при расчете вентиляции).

Тепловой баланс составляют для стационарных условий.

Нестационарность тепловых процессов, происходящих при отоплении помещений, учитывают специальными расчетами на основе теории теплоустойчивости.

2.4. Потери теплоты через ограждения помещения

Наибольшие потери теплоты через i-ое ограждение помещения Qi, Вт,

определяют по формуле:

где Аi – площадь ограждения, м2;

– приведенное сопротивление теплопередаче ограждения, м2 оС/Вт; tр – расчетная температура помещения, оС;

text – расчетная температура снаружи ограждения, оС;

ni – коэффициент, учитывающий фактическое понижение расчетной расчетной разности температуры (tр – text) для ограждений, которые отделяют отапливаемое помещение от неотапливаемого (подвал, чердак и др.);

i – коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери через ограждения.

В соответствии с действующими нормами теплопотери помещений, по которым определяется расчетная тепловая мощность системы отопления,

принимаются равными сумме теплопотерь через отдельные наружные

22

ограждения без учета их тепловой инерции при tн = tн.5, т.е. при средней температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки,

соответствующей kоб = 0,92. Кроме того, должны быть учтены потери или поступления теплоты через внутренние ограждения, если температура в соседних помещениях ниже или выше температуры в расчетном помещении на 3оС и более.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждения или его коэффициент теплопередачи kоб = 1/Rо, i, входящие в формулу (2.2),

принимаются по теплотехническому расчету в соответствии с требованиями действующих норм.

Особый подход существует к расчету теплопотерь через полы, лежащие на грунте. Передача теплоты из помещения нижнего этажа через конструкцию пола является сложным процессом. Учитывая сравнительно небольшой удельный вес теплопотерь через пол в общих теплопотерях помещения,

применяют упрощенную методику расчета. Теплопотери через пол,

расположенный непосредственно на грунте, рассчитывают по зонам. Для этого поверхность пола делят на полосы шириной 2 м, параллельные наружным стенам. Полосу, ближайшую к наружной стене, обозначают первой зоной,

следующие две полосы – второй и третьей, а остальную поверхность пола – четвертой зоной. Если проводится расчет теплопотерь заглубленного в грунт помещения, отсчет зон ведется от уровня земли по внутренней поверхности наружной стены и далее по полу. Поверхность пола в зоне, примыкающей к наружному углу помещения, имеет повышенные теплопотери, поэтому ее площадь в месте примыкания при определении общей площади зоны учитывается дважды.

Расчет теплопотерь каждой зоной проводят по формуле (2.2), принимая ni (1 + i) = 1,0. За величину Rо, i принимают условное сопротивление теплопередаче неутепленного пола Rн.п,, м2 оС/Вт, которое для каждой зоны берут равным: для первой зоны – 2,1; для второй зоны – 4,3; для третьей зоны –

8,6; для четвертой зоны – 14,2.

23

Если в конструкции пола, лежащего на грунте, имеются слои материалов,

теплопроводность которых меньше 1,2 Вт/(м оС), то такой пол называют

утепленным. При этом сопротивление теплопередаче каждой зоны утепленного пола Rу.п,, м2 оС/Вт, принимают равным

где δу.с – толщина утепляющего слоя, м;

λу.с – теплопроводность материала утепляющего слоя, Вт/(м оС).

Теплопотери через полы по лагам рассчитываются также по зонам, только условное сопротивление теплопередаче каждой зоны пола Rл,, м2 оС/Вт,

принимается равным 1,18 Rу.п (здесь в качестве утепляющих слоев учитывают воздушную прослойку и настил по лагам).

Площадь отдельных ограждений при подсчете потерь теплоты через них должна вычисляться с соблюдением определенных правил обмера. Эти правила по возможности учитывают сложность процесса теплопередачи через элементы ограждения и предусматривают условные увеличения и уменьшения площадей,

когда фактические теплопотери могут быть соответственно больше или меньше подсчитанных по принятым простейшим формулам. Как правило, площади определяются по внешнему обмеру.

Площади окон, дверей и фонарей измеряются по наименьшему строительному проему. Площади потолка и пола измеряются между осями внутренних стен и внутренней поверхностью наружной стены. Площадь пола по грунту и лагам определяются с условной их разбивкой на зоны, как указано выше. Площади наружных стен в плане измеряются по внешнему периметру между наружным углом здания и осями внутренних стен.

Измерение наружных стен по высоте проводят (рис. 2.4):

- в первом этаже (в зависимости от конструкции пола) или от внешней поверхности пола по грунту, или от поверхности подготовки под конструкции пола на лагах, или от нижней поверхности перекрытия над подпольем или неотапливаемым подвальным помещением до чистого пола второго этажа;

24

-в средних этажах от поверхности пола до поверхности пола следующего

этажа;

-в верхнем этаже от поверхности пола до верха конструкции чердачного перекрытия или бесчердачного покрытия.

На рис. 2.5 также показаны сокращенные наименования помещений,

принимаемые при определении тепловой мощности системы отопления.

Дополнительные потери теплоты обычно учитывают добавками к основным теплопотерям. Величина добавок и условное их деление по определяющим факторам следующее.

Добавка на ориентацию по странам света (сторонам горизонта) делается на все наружные вертикальные и наклонные (их проекция на вертикаль)

ограждения. Величины добавок берутся в соответствии со схемой на рис. 2.6.

Для общественных, административно-бытовых и производственных зданий при наличии в помещении двух и более наружных стен добавки на ориентацию по сторонам горизонта на все указанные выше ограждения увеличиваются на 0,05,

если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-

запад, или на 0,1 – в других случаях. В типовых проектах эти добавки принимаются в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 при двух и более стенах в помещении (кроме жилых), а во всех жилых помещениях – 0,13.

Добавка на врывание холодного воздуха через наружные двери (не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами) при их кратковременном открывании при высоте здания Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья вентиляционной шахты принимается: для тройных дверей с двумя тамбурами между ними в размере i = 0,2Н, для двойных дверей с тамбурами между ними – 0,27Н, для двойных дверей без тамбура – 0,34Н, для одинарных дверей – 0,22Н. Для наружных ворот при отсутствии тамбура и воздушно-тепловых завес добавка равна 3, при наличии тамбура у ворот – 1.

Нормами предусматривается добавка к теплопотерям на высоту для помещений высотой более 4 м, равная 0,02 на каждый метр высоты стен сверх 4

25

м, но не более 0,15. Эта добавка учитывает увеличение теплопотерь в верхней части помещения, так как температура воздуха возрастает с высотой. Позднее это требование было исключено из норм. Теперь в высоких помещениях необходимо делать специальный расчет распределения температуры по высоте,

в соответствии с которым и определяются теплопотери через стены и покрытия.

В лестничных клетках изменение температуры по высоте не учитывается.

2.5. Потери теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха. Бытовые теплопоступления

В жилых и общественных зданиях только с вытяжной вентиляцией (без компенсации подогретым притоком воздуха) расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха определяется по формуле:

Lвент = 3 м3/ч на 1 м2 площади жилых помещений и кухни. В общественных зданиях он должен определяться расчетом воздухообмена в помещениях.

Теплоемкость наружного воздуха принимается равной с = 1 кДж/(кг оС).

При проектировании систем отопления жилого здания величина

нормируемых (бытовых) теплопоступлений в жилые комнаты и кухни составляет не менее Qбыт = 10 Вт на 1 м2 их площади.

конструктивных решений, а также для ориентировочного расчета теплопотерь здания пользуются показателем – удельная тепловая характеристика здания q,

Вт/(м3 оС), которая при известных теплопотерях здания равна

где Qзд – расчетные теплопотери через наружные ограждения всеми помещениями здания, Вт;

26

28

Рис. 2.6. Схема распределения добавок к основным теплопотерям на ориентацию наружных ограждений по странам света (сторонам горизонта)

Величина q определяет средние теплопотери 1 м3 здания, отнесенные к

где qо – эталонная удельная тепловая характеристика, соответствующая разности температуры tо = 18 – (-30) = 48оС, Вт/(м3 оС);

t – температурный коэффициент, учитывающий отклонение фактической разности температуры от tо.

Температурный коэффициент t равен

t = 0,54 + 22 /(tп – tн). (2.7)

Формула (2.7) соответствует значениям коэффициента t, которые обычно приводятся в справочной литературе.

Характеристикой q удобно пользоваться для теплотехнической оценки возможных конструктивно-планировочных решений здания. Ее величину обычно приводят в перечне основных характеристик проекта.

Расчет тепловых нагрузок на системы отопления по укрупненным

29

показателям используют только для ориентировочных подсчетов и при определении потребности в теплоте района, города, т.е. при проектировании централизованного теплоснабжения.

Если принять, как это имеет место для жилых зданий, что теплопотери на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха приблизительно компенсируются тепловыми и технологическими теплопоступлениями, а также исходить из предельно допустимых дополнительных потерь в системе отопления, то установочная тепловая мощность системы по укрупненным показателям может быть принята равной

если согласно СНиП дополнительные теплопотери принять равными 7%.

Значение удельной тепловой характеристики используют для приблизительного подсчета теплопотерь здания

Расход теплоты в произвольный момент отопительного сезона определяется, исходя из предположения незначительного различия теплового баланса зданий, продолжительности отопительного периода Zо.п и средней температуры отопительного периода tо.п. Тогда годовая потребность в теплоте,

Вт ч, для отопления здания в этом случае

2.7. Отопительные приборы

Отопительные приборы – это элементы систем отопления, предназна-

ченные для теплопередачи от теплоносителя в обогреваемые помещения.

Теплопотребность помещения Qп должна компенсироваться теплоотдачей отопительного прибора Qпр и нагретых труб Qтр.