· Расчет теплопотерь (энергетической потребности) помещений
· Расчет теплого пола (выбор материалов, расчет их теплофизических характеристик, сопоставление с расчетными теплопотерями)
Расчет теплопотерь помещений
Для расчета теплопотерь воспользуемся таблицей, которая в упрощенной и наглядной форме оценивает качество теплоизоляции и остекления помещения.
Такое упрощение даст нам возможность, не занимаясь громоздкими проектными вычислениями, получить достаточно точное значение удельных тепловых потерь. Из удельных теплопотерь через площадь помещений вычисляются общие теплопотери.
Качество теплоизоляции и остекления помещения:
| К) |
Общие удельные теплопотери, полученные в зависимости от качества теплоизоляции, остекления и температуры воздуха в помещении:
Рассмотрим порядок расчета общих тепловых потерь на примере квартиры
Дано:
Расчетная температура наружного воздуха: -25°C
Тип строения: новое строительство, квартира в жилом доме
Изоляция стен: Хорошая (0,28<K<0,36)
Изоляция окон и дверей: Хорошая (1,8<K<2,2)
Найти: общие теплопотери помещений квартиры – Q (Вт)
Решение:
1. Расчет общих теплопотерь помещений через общие удельные теплопотери выполняется по формуле:
Q = S · q
где:
Q – теплопотери, Вт
q – общие удельные теплопотери, Вт/м2
S – площадь помещения, м2
Результат вычислений общих теплопотерь Q (Вт) для помещений с хорошей теплоизоляцией представлен в таблице:
2. Определить теплопотери можно, выполнив теплотехнический расчет, используя приведенные сопротивления теплопередаче для каждой ограждающей конструкции помещения по формуле:
Q = (tнар – tвн) · S/∑Ri
где:
Q – теплопотери, Вт
tнар – наружная температура воздуха, °С
tвн – внутренняя температура воздуха, °С
S – площадь конструкции, м2
∑Ri – приведенное сопротивление теплопередаче всех слоев конструкции и сопротивление теплообмену на ее наружной и внутренней сторонах, (м2 · С)/Вт
Приведенное сопротивление теплопередаче для многослойных конструкций получается суммой сопротивлений теплопередаче ее отдельных слоев.
Расчет теплопотерь для всех ограждающих конструкций (окон, дверей, наружных стен, перекрытий и пола) проводится отдельно.
Затем все полученные показатели суммируются с затратами тепла на нагрев инфильтрационного или вентиляционного воздуха помещений. Полученный результат – это и есть общие теплопотери помещения.
Примечание.
Основной вклад в общие теплопотери помещений вносят теплопотери через наружные ограждающие конструкции. Данные теплопотери на 50% состоят из тепловых потерь через окна и их можно уменьшить, если:
· Использовать оконные блоки из ПВХ профилей с высоким сопротивлением теплопередачи. Не ниже класса 3 по ГОСТ 30673-99 «Профили ПВХ для оконных и дверных блоков» с сопротивлением теплопередаче R ≥ 0,8 (м2 · С)/Вт.
Например, самые современные ПВХ-системы фирмы REHAU имеют R ≥ 1,05 (м2·С)/Вт. Для сравнения обычные типовые оконные профили «набирают» только 0,55 (м2·С)/Вт, что в два раза ниже, чем у фирмы REHAU.
· Использовать в конструкции окон энергосберегающее стекло с низкоэмиссионным покрытием, отражающим длинноволновое (тепловое) излучение в сторону излучателя, т.е. в сторону помещения.
Современные стекла делятся на классы:
· Светопрозрачные
· Солнцезащитные
· Энергосберегающие
· Многофункциональные
Светопрозрачное стекло – это обычное стекло.
Солнцезащитное стекло служит для сокращения теплопоступлений с солнечной радиацией. По конструкции солнцезащитные стекла различается:
· С солнцезащитной полимерной пленкой
· Окрашенные в массе
· С солнцезащитным неорганическим покрытием (мягким или твердым)
Энергосберегающее стекло – служит для сокращения теплопотерь, являясь, по сути, прозрачным теплоизоляционным материалом. Отражает радиационное тепло обратно в помещение, а солнечное тепловое излучение на улицу. Энергосберегающие стекла подразделяется на 2 типа:
· К-стекло – низкоэмиссионное энергосберегающее стекло Low-E (с твердым покрытием)
· I – стекло – низкоэмиссионное энергосберегающее стекло Double Low-E (с мягким покрытием)
I – стекло в 1,5 раза эффективнее К-стекла, но оно высокочувствительно к абразивным воздействиям при транспортировке, хранении и эксплуатации.
Многофункциональное стекло – служит одновременно и солнцезащитным, и энергосберегающим стеклом.
Расчет теплого пола
Принцип расчета теплого пола рассмотрим на конкретном примере.
Исходные данные:
· Требуемая температура внутреннего воздуха в помещении. Для жилых помещений эта величина составляет 20°С.
· Площадь помещения. Определяется по архитектурно-строительным чертежам или по результатам обмеров. Для нашего примера примем жилое помещение размерами 5 м х 4 м, площадью S = 20 м2.
· Учитывая, что вдоль внутренних стен, где будет располагаться мебель, нужно оставить краевые участки шириной 300 мм, активная площадь пола, в которой будут лежать греющие трубы, составит 20 - (5+4+4) х 0,3=16,1м2.
· Конструкция пола. Для рассматриваемого примера в расчет принимается толщина цементно-песчаной стяжки 70 мм и покрытие пола из керамической плитки толщиной 15 мм.
· Тепловые потери помещения. Определяются на основании теплотехнического расчета или через укрупненные показатели (удельные теплопотери). Пусть в нашем примере общие теплопотери помещения составляют Q=1288 Вт.
· Следовательно, теплые полы должны иметь удельный тепловой поток -
q =1288/16,1 = 80 Вт/м2.
Решение:
1-й шаг. Определяем диаметр трубы и шаг между осями труб
Зная удельные теплопотери, зададимся диаметром трубы и шагом между осями труб, используя график.
График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды при толщине стяжки 70 мм и покрытии из керамической плитки толщиной 15 мм приведен ниже:
График показывает, что для достижения требуемого теплового потока 80 Вт/м2 можно использовать несколько вариантов, сведенных в таблицу:
Для выбора наиболее оптимального варианта необходимо произвести дополнительные расчеты.
2-й шаг. Определяем среднюю температуру поверхности пола при известном тепловом потоке и температуре воздуха в помещении по графику:
Вывод: Найденная для нашего примера средняя температура поверхности пола составляет 27°С.
3-й шаг. Проводим проверку средней температуры пола на предмет не превышения допустимых значений, представленных в таблице:
Вывод: Температура поверхности пола 27°C в нашем жилом помещении не превышает максимально допустимой температуры 29°C, т.е. такой пол будет комфортным и безопасным.
4-й шаг. Определяем среднюю температуру теплоносителя
Температура по поверхности пола распределяется неравномерно – над трубой она максимальная, а между труб – минимальная. Примем полученную среднюю температуру 27°C за максимальную температуру пола (Т пол) и рассчитаем среднюю температуру теплоносителя (Т ср) для обеспечения этой температуры.
На этом этапе расчета можно пренебречь теплопотерями в стенках трубы и на ее внутренней поверхности (тепловосприятием).
Расчет ведем по формуле:
Т ср =Т пол + q · δпл /λпл + q · δст /λпл = 27 + 80х0,015/1,5 + 80х0,07/0,93 = 33,4°C
где:
q – удельный тепловой поток (80 Вт/м2);
δпл – толщина плитки (0,015м);
λпл – коэффициент теплопроводности плитки (1,5 Вт/м °К);
δст – толщина стяжки (0,07м);
λст – коэффициент теплопроводности стяжки (0,93 Вт/м °К).
5-й шаг. Сделаем окончательный выбор шага труб
Возвращаясь к графику, становится ясно, что из условия не превышения максимально допустимой температуры поверхности пола надо принимать шаг труб 100 мм.
6-й шаг. Определяем количество контуров
Так как расход трубы для шага 100 мм составит порядка 200 м, принимаем решение разбить помещение на две петли, чтобы не превысить экономически целесообразные предельные длины петель, указанные в таблице:
| Наружный диаметр трубы, мм | Максимальная длина петли, м |
| 16 | 100 |
| 20 | 120 |
7-й шаг. Определяем тепловую нагрузку на одну петлю
Тепловая нагрузка на каждую петлю составит: Q1 = Q2 = Q/2=1288/2=644 Вт.
8-й шаг. Определяем перепад температуры ∆t
Оптимальный перепад температуры для теплых полов составляет ∆t = 5°С. При этом перепаде прогрев пола идет наиболее равномерно. Допускается перепад до 10°C, но в этом случае босая ступня человека может ощущать неравномерность нагрева пола. В нашем примере задаемся ∆t = 5°С.
9-й шаг. Определяем температуру теплоносителя в прямом и обратном трубопроводе
Температура теплоносителя в прямом трубопроводе: Т1 = Тср + ∆t /2= 33,4+5/2=35,9°С.
Температура в обратном трубопроводе: Т2 = Тср - ∆t/2= 33,4 - 5/2=30,9°С.
10-й шаг. Определяем расход теплоносителя в петле
Расход теплоносителя в петле (G) рассчитывается для подбора окончательного диаметра труб и вычисления гидравлических потерь. G = Q1 / (4187 х ∆t) = 644/ (4187 х 5) =0,03 кг/с.
11-й шаг. Определяем скорость движения теплоносителя
Максимальная скорость движения теплоносителя в трубах теплого пола должна лежать в пределах от 0,15 до 1 м/с.
Определим скорости воды в трубах диаметрами 16 мм и 20 мм (внутренние диаметры Dвн соответственно: 12 мм и 16 мм): V16 = 0,3 м/с, а V20 = 0,17 м/с.
Обе трубы удовлетворяют допустимым интервалам скоростей. Принимаем трубу с наружным диаметром 16 мм, как менее дорогую. На практике, порой выгоднее принимать большее значение диаметра – 20 мм, чтобы снизить гидравлические потери в системе.
12-й шаг. Определяем длины петель
Длину петель определяем на основании чертежа раскладки труб. Выбранная раскладка труб – «улитка».
13-й шаг. Определяем потери давления в петлях
Потери давления в петлях теплого пола определяются для подбора насосного оборудования и расчета предварительной настройки регулировочных вентилей коллектора. Общие потери в петле складываются из линейных (от трения) потерь и потерь давления на преодоление местных сопротивлений (изменение направления, диаметра, характеристик потока).
Линейные потери в петлях находим на основании полученного значения скорости теплоносителя (0,3 м/с) и выбранного диаметра трубы (16мм) по гидравлическим таблицам. Перемножив полученные удельные потери (167 Па/м) на длину трубы получим линейные потери давления 167 х 96 =16032 Па.
Сумму коэффициентов местных сопротивлений Z определяем, как произведение количества отводов («калач» считается за два отвода) на 0,5 (КМС отвода). Для нашего примера («улитка») Z =52 х 0,5 = 26. (Потери в присоединительных фитингах условно не учитываются). Потери на местные сопротивления определяются по формуле: ∆P = (ρ x Z x V162) /2 = 1000 х 26 х 0,32 /2 =1170 Па.
Суммируя линейные и местные потери, получаем полное гидравлическое сопротивление петли: 16032+1170=17202 Па.
ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ В ПЕТЛЕ НЕ ДОЛЖНЫ ПРЕВЫШАТЬ 20 000Па!
При соблюдении данного ограничения не возникнет опасность появления «запертой» петли, когда увеличение мощности насоса пропорционально увеличивает гидравлические потери, что вновь вызывает необходимость повышения мощности насоса и так далее…
После определения потерь давления по каждой из петель, можно приступать к выбору насоса и составлению таблицы предварительной настройки коллекторных (балансировочных) вентилей.
Приложение.
Для прочих вариантов конструкций пола можно использовать нижеприведенные графики теплового потока для различных вариантов покрытий:
· График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды
в трубах (при толщине стяжки 30 мм, Т.воздуха в помещении 20°С, покрытии пола из керамической плитки толщиной 15 мм):
· График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды
в трубах (при толщине стяжки 50 мм, Т.воздуха в помещении 20°С, покрытии пола из керамической плитки толщиной 15 мм):
· График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды
в трубах (при толщине стяжки 70 мм, Т.воздуха в помещении 20°С, покрытии пола из керамической плитки толщиной 15 мм):
· График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды
в трубах (при толщине стяжки 30 мм, Т.воздуха в помещении 20°С, покрытии пола из линолеума):
· График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды
в трубах (при толщине стяжки 50 мм, Т.воздуха в помещении 20°С, покрытии пола из линолеума):
· График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды в трубах (при толщине стяжки 70 мм, Т.воздуха в помещении 20°С, покрытии пола из линолеума):
Иногда удельный тепловой поток теплого пола представляется не в виде графиков, а в виде таблиц, как например, приведенная ниже таблица:
Приложение
Дата: 2019-03-05, просмотров: 314.
