Тепловой баланс помещения.

Назначение – комфортные условия или технологический процесс.

Выделяемая теплота людьми - испарение с поверхности кожи и легких, конвекция и излучение. Интенсивность т/отд конвекцией определяется температурой и подвижностью окружающего воздуха, лучеиспускания - температурой поверхностей ограждений. Температурная обстановка зависит: тепловая мощность СО, расположение обогревателей, теплофиз. свойств наружных и внутренних ограждений, интенсивности других источников поступления (освещение, быт.техника) и потерь теплоты. Зимой – теплопотери через наружные ограждения, нагревание наружного воздуха, проникающего через неплотности ограждений, холодных предметов, вентиляция.

Технологические процессы могут быть связаны с испарением жидкостей и другими процессами, сопровождаемыми затратами теплоты и с выделением теплоты (конденсация влаги, химические реакции и пр.).

Учет всех перечисленных - тепловой баланс помещений здания, определении дефицита или избытка теплоты. В расчет принимают период технологического цикла с наименьшими тепловыделениями (возможные максимальные тепловыделения учитывают при расчете вентиляции), для бытовых – с наибольшими теплопотерями. Тепловой баланс составляют для стационарных условий. Не стационарность тепловых процессов, происходящих при отоплении помещений, учитывают специальными расчетами на основе теории теплоустойчивости.

Определение расчетной тепловой мощности системы отопления.

Расчётная тепловая мощность СО - составление теплового баланса в обогреваемых помещениях при расчетной температуре наружного воздуха tн.р, = средней температуре наиболее холодной пятидневкис обеспеченностью 0,92 tн.5и определяемой для конкретного района строительства по нормам СП 131.13330.2012. Изменение текущей теплопотребности - изменение поступления тепла в приборы, путём изменения температуры и (или) количества перемещающегося в системе отопления теплоносителя - эксплуатационным регулированием.

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.).

Для определения расчётной тепловой мощности системы отопления Qот составляет баланс расходов теплоты для расчётных условий холодного периода года в виде

Qот = dQ = Qогр + Qи(вент) ± Qт(быт)
где Qогр - потери теплоты через наружные ограждения; Qи(вент) - расход теплоты на нагревание поступающего в помещение наружного воздуха; Qт(быт) - технологические или бытовые выделения или расход теплоты.

Q быт =10*F пол (F пол – ж.комнаты); Q вент = 0,3* Q огр. =Σ Q осн. *Σ(β+1);

Q осн. =F*k*Δt*n; где F- s огр.конструкций, k – коэфф.тепопередачи; k=1/R;

n – коэфф., положение нар. огр.констр. к наруж.воздуху (1-вертикальные, 0,4-пол, 0,9-потолок)

β – доб.теплопотери, 1)по отношению к сторонам света: С, В, СВ, СЗ =0,1, З, ЮВ = 0,05, Ю, ЮЗ=0.

2)для полов = 0,05 при t нар. <-30; 3) от входной двери = 0,27*h.

Годовые затраты теплоты на отопление зданий.

В холодное время года в помещении для поддержания заданной температуры должно существовать равенство между количеством теряемого и поступающего тепла.

Годовой расход тепла на отопление

Q 0год = 24·Q ocp ·n, Гкалл/год

n- продолжительность отопительного периода, суток

Q ocp - среднечасовой расход тепла за отопительный период на отопление

Q ocp = Q 0 ·(t вн - t ср.о)/(t вн - t р.о), Гкал/ч

t вн - усреднённая расчетная температура внутри отапливаемых помещений, °C

t ср.о - средняя температура наружного воздуха за рассматриваемый период для данной местности, °C

t р.о - расчетная температура наружного воздуха для отопления, °C.

Удельная тепловая характеристика здания

Является показателем теплотехнической оценки конструктивно-планировочных решений и тепловой эффективности здания - q уд

Для здания любого назначения, определяется по формуле Ермолаева Н.С.: Вт/(м 3 0 С)

Где Р – периметр здания, м;

А – площадь здания, м 2 ;

q – коэффициент, учитывающий остекление (отношение площади остекления к площади ограждения);

φ 0 = q 0 =

k ок, k ст, k пт, k пл – соответственно коэффициенты теплопередачи окон, стен, потолков, полов, Вт/(м* 0 С), принимаемые по данным теплотехнического расчета;

Н – высота здания, м.

Значение удельной тепловой характеристики здания сравнивается с нормативной тепловой характеристикой на отопление q 0 .

Если значение q уд отличается от нормативного q 0 не более чем на 15%, то здание отвечает теплотехническим требованиям. В случае большего превышения сравниваемых значений необходимо объяснить возможную причину и наметить меры повышения тепловой характеристики здания.

Для оценки теплотехнических показателей принятого конструктивно-планировочного решения расчет потерь теплоты ограждениями здания заканчивают определениемудельной тепловой характеристики здания

q уд = Q с о / (V н (t в 1 – t н Б)) (3.15)

где Q с о - максимальный тепловой поток на отопление здания, подсчитанный по (3.2), с учетом потерь на инфильтрацию, Вт; V н - строительный объем здания по наружному обмеру, м 3 ; t в 1 - средняя температура воздуха в отапливаемых помещениях.

Величина q уд , Вт/(м 3 · о С) равна теплопотерям 1 м 3 здания в ваттах при разности температур внутреннего и наружного воздуха в 1 °С.

Рассчитанную q уд сравнивают с показателями для аналогичных зданий (прил. 2). Она не должна быть выше справочных q уд , иначе возрастают первоначальные затраты и эксплуатационные расходы на отопление.

Удельную тепловую характеристику здания любого назначения, можно определить по формуле Н. С. Ермолаева

q уд = P/S + 1/H(0,9 k пт = 0,6 k пл) (3.16)

где Р - периметр здания, м; S - площадь здания,м 2 ; Н - высота здания, м; φ о - коэффициент остекления (отношение площади остекления к площади вертикальных наружных ограждений); k ст , k ок, k пт , k пл - коэффициенты теплопередачи стен, окон, перекрытия верхнего этажа, пола нижнего этажа.

Для лестничных клеток q уд обычно принимают с коэффициентом 1,6.

Для гражданских зданий q уд ориентировочно определяют

q уд =1,163 ((1+2d)F+S)/V н, (3.17)

где d - степень остекления наружных стен здания в долях единицы; F - площадь наружных стен,м 2 ;S - площадь здания в плане, м 2 ; V н - строительный объем здания по наружному обмеру, м 3 .

Для зданий массовой жилой застройки ориентировочно определяют

q уд =1,163(0,37+1/Н), (3.18)

где Н - высота здания, м.

Энергосберегающие мероприятия (табл. 3.3) должны быть обеспечены работами по утеплению зданий при капитальных и текущих ремонтах.

Таблица 3.3. Укрупненные показатели максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м 2 общей площади q o , Вт

Этажность жилой постройки	Характеристика здания	Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления t н Б, о С
-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40
Для постройки до 1985 года
1-2	Без учета внедрения энергосберегающих мероприятий
3-4
5 и более
1-2	С учетом внедрения энергосберегающих мероприятий
3-4
5 и более
Для постройки после 1985 года
1-2	По новым типовым проектам
3-4
5 и более

Использование удельной тепловой характеристики.

На практике необходима ориентировочная тепловая мощность системы отопления для определения тепловой мощности источника теплоты (котельной, ТЭЦ), заказа оборудования и материалов, определения годового расхода топлива, расчета стоимости системы отопления.

Ориентировочная тепловая мощность системы отопления Q c.o , Вт

Q c.o = q уд Vн (t в 1 – t н Б)а, (3.19)

где q уд - справочная удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м 3 · о С), прил. 2; а - коэффициент местных климатических условий, прил. 2 (для жилых и общественных зданий).

Ориентировочные теплопотери помещений определяют по (3.19). При этом q уд принимается с поправочным коэффициентом, учитывающим планировочное расположение и этаж (табл. 3.4.)

Таблица 3.4. Поправочные коэффициенты к q уд

Влияние объемно-планировочных и конструктивных решений здания на микроклимат и тепловой баланс помещений, а также тепловую мощность системы отопления.

Из (3.15)-(3.18) видно, что на q уд влияют объем здания, степень остекления, этажность, площади наружных ограждений и их теплозащита. q уд зависит так же от формы здания и района строительства.

Здания малого объема, узкие, сложной конфигурации, с увеличенным периметром обладают повышенной тепловой характеристикой. Уменьшенные тепловые потери имеют здания с формой кубу. Наименьшие теплопотериу шарообразных сооружений того же объема (минимальная наружная площадь). Район строительства определяет теплозащитные свойства ограждений.

Архитектурная композиция здания должна иметь наивыгоднейшую форму в теплотехническом отношении, минимальную площадь наружных ограждений, правильную степень остекления (термическое сопротивление наружных стен в 3 раза больше остекленных проемов).

Следует отметить, что q уд можно снизить использованием высокоэффективных и дешевых утеплителей для наружных ограждений.

При отсутствии данных о типе застройки и наружном объеме зданий максимальные теплозатраты на отопление и вентиляцию определяют:

Тепловой поток, Вт, на отопление жилых и общественных зданий

Q′ о мах = q о F (1 + k 1) (3.20)

Тепловой поток, Вт, на вентиляцию общественных зданий

Q′ v мах = q о k 1 k 2 F (3.21)

где q о - укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м 2 общей площади (табл. 3.3); F - общая площадь жилых зданий, м 2 ; k 1 и k 2 - коэффициенты теплового потока на отопление и вентиляцию общественных зданий (k 1 = 0,25; k 2 = 0,4 (до 1985 г.), k 2 = 0,6 (после 1985 г.)).

Фактическая (установочная) тепловая мощность систем отопления с учетом бесполезных потерь теплоты (теплопередача через стенки теплопроводов, проложенных в неотапливаемых помещениях, размещение отопительных приборов и труб у наружных ограждений)

Q′ с. о = (1…1,15)Q с. о (3.22)

Теплозатраты на вентиляцию жилых зданий, без приточной вентиляций, не превышают 5...10% теплозатрат на отопление и учитываются в значении удельной тепловой характеристики здания q уд .

Контрольные вопросы. 1. Какими исходными данными необходимо располагать для определения теплопотерь помещением? 2. По какой формуле рассчитываются теплопотери помещениями? 3. В чем особенность расчета теплопотерь через полы и подземные части стен? 4. Что понимают под добавочными теплопотерями и как они учитываются? 5. Что такое инфильтрация воздуха? 6. Какие могут быть теплопоступления в помещения и как они учитываются в тепловом балансе помещения? 7. Запишите выражение для определения тепловой мощности системы отопления. 8. В чем смысл удельной тепловой характеристики здания и как она определяется? 9. Для чего используется удельная тепловая характеристика здания? 10. Как влияют объемно-планировочные решения зданий на микроклимат и тепловой баланс помещений?11. Как определяется установочная мощность системы отопления здания?

Для теплотехнической оценки конструктивно-планировочных решений и для ориентировочного расчета теплопотерь зданий пользуются показателем - удельная тепловая характеристика здания q.

Величина q, Вт/(м 3 *К) [ккал/(ч*м 3 *°С)], определяет средние теплопотери 1 м 3 здания, отнесенные к расчетной разности температур, равной 1°:

q=Q зд /(V(t п -t н)).

где Q зд - расчетные теплопотери всеми помещениями здания;

V - объем отапливаемой части здания до внешнему обмеру;

t п -t н - расчетная разность температур для основных помещений здания.

Величину q определяют в виде произведения:

где q 0 - удельная тепловая характеристика, соответствующая разности температур Δt 0 =18-(-30)=48°;

β t - температурный коэффициент, учитывающий отклонение фактической расчетной разности температур от Δt 0 .

Удельная тепловая характеристика q 0 может быть определена по формуле:

q0=(1/(R 0 *V))*.

Эту формулу можно преобразовать в более простое выражение, пользуясь приведенными в СНиП данными и приняв, например, за основу характеристики для жилых зданий:

q 0 =((1+2d)*Fс+F п)/V.

где R 0 - сопротивление теплопередаче наружной стены;

η ок - коэффициент, учитывающий увеличение теплопотерь через окна по сравнению с наружными стенами;

d - доля площади наружных стен, занятая окнами;

ηпт, ηпл -коэффициенты, учитывающие уменьшение теплопотерь через потолок и пол по сравнению с наружными стенами;

F c - площадь наружных стен;

F п - площадь здания в плане;

V - объем здания.

Зависимость удельной тепловой характерношки q 0 от изменения конструктивно-планировочного решения здания, объема здания V и относительного к R 0 тр сопротивления теплопередаче наружных стен β, высота здания h, степени остекления наружных стен d, коэффициента теплопередачи окон k он и ширины здания b.

Температурный коэффициент β t равен:

βt=0,54+22/(t п -t н).

Формула соответствует значениям коэффициента β t , которые обычно приводятся в справочной литературе.

Характеристикой q удобно пользоваться для теплотехнической оценки возможных конструктивно-планировочных решений здания.

Если в формулу подставить значение Q зд, то ее можно привести к виду:

q=(∑k*F*(t п -t н))/(V(t п -t н))≈(∑k*F)/V.

Величина тепловой характеристики, зависит от объема здания и, кроме того, от назначения, этажности и формы здания, площади и теплозащиты наружных ограждений, степени остекления здания и района строительства. Влияние отдельных факторов на величину q очевидно из рассмотрения формулы. На рисунке показана зависимость qо от различных характеристик здания. Реперной точке на чертеже, через которую проходят все кривые, соответствуют значения: q о =О,415 (0,356) для здания V=20*103 м 3 , шириной b=11 м, d=0,25 R o =0,86(1,0), k ок =3,48 (3,0); длиной l=30 м. Каждая кривая соответствует изменению одной из характеристик (дополнительные шкалы по оси абсцисс) при прочих равных условиях. Вторая шкала на оси ординат показывает эту зависимость в процентах. Из графика видно, что заметное влияние на qo оказывает степень остекленности d и ширина здания Ь.

График отражает влияние теплозащиты наружных ограждений на общие теплопотери здания. По зависимости qo от β {R o =β*R о.тр) можно сделать вывод, что при увеличении теплоизоляции стен тепловая характеристика уменьшается незначительно, тогда как при ее снижении qo начинает быстро возрастать. При дополнительной теплозащите оконных проемов (шкала k ок) заметно уменьшается qo, что подтверждает целесообразность увеличения сопротивления теплопередаче окон.

Величины q для зданий различных назначений и объемов приводятся в справочных пособиях. Для гражданских зданий эти значения изменяются в следующих пределах:

Потребность в тепле на отопление здания может заметно отличаться от величины теплопотерь, поэтому можно вместо q пользоваться удельной тепловой характеристикой отопления здания qот, при вычислении которой по верхней формуле числитель подставляют не теплопотери, а установочную тепловую мощность системы отопления Q от.уст.

Q от.уст =1,150*Q от.

где Q от - определяется по формуле:

Q от =ΔQ=Q orp +Q вент +Q тexн.

где Q orp - потери тепла через наружные ограждения;

Q вент - расход тепла на нагревание воздуха, поступающего в помещение;

Q тexн - технологические и бытовые тепловыделения.

Значения qот могут быть использованы для расчета потребности в тепле на отопление здания по укрупненным измерителям по следующей формуле:

Q= q от *V*(tп-t н).

Расчет тепловых нагрузок на системы отопления по укрупненным измерителям используют для ориентировочных подсчетов при определении потребности в тепле района, города, при проектировании центрального теплоснабжения и пр.

Удельная отопительная характеристика здания является очень важным техническим параметром. Ее расчет необходим для выполнения проектно-строительных работ, кроме того, знание этого параметра не помешает и потребителю, так как он влияет на сумму оплаты за тепловую энергию. Ниже мы рассмотрим, что такое удельная отопительная характеристика и как она рассчитывается.

Понятие удельной тепловой характеристики

Прежде чем ознакомиться с расчетами, определимся с основными терминами. Итак, удельная тепловая характеристика здания для отопления – это значение наибольшего теплового потока, который необходим для обогрева дома. При расчете данного параметра, дельту температур, т.е. разницу между комнатной и уличной температурой, принято брать за один градус.

По сути, данный показатель определяет энергоэффективность строения.

Средние параметры определяются нормативной документацией, такой как:

• Строительные правила и рекомендации;
• СНиПы и пр.

Любое отклонение от обозначенных норм в любую сторону, позволяет получить представление об энергетической эффективности отопительной системы. Расчет параметра осуществляется по СНиП и другим действующим методикам.

Методика расчета

Тепловая удельная характеристика строений бывает:

• Фактической – для получения точных показателей применяется тепловизионное обследование строения.
• Расчетно-нормативной – определяется при помощи таблиц и формул.

Ниже подробней рассмотрим особенности расчета каждого типа.

Совет! Для получения тепловой характеристики дома можно обратиться к специалистам. Правда, цена подобных расчетов может быть существенной, поэтому целесообразней их выполнить самостоятельно.

На фото — тепловизор для обследования зданий

Расчетно-нормативные показатели

Расчетные показатели можно получить по следующей формуле:

q зд = + +n 1 * + n 2), где:

Надо сказать, что данная формула не единственная. Удельные отопительные характеристики зданий могут определяться по местным строительным нормам, а также определенным методикам саморегулируемых организаций и пр.

Расчет фактической теплохарактеристики осуществляется по следующей формуле

В данной формуле основу составляют фактические параметры:

Следует отметить, что данное уравнение отличается простотой, в результате чего его часто используют при расчетах. Однако, оно имеет серьезный недостаток, который влияет на точность получаемых расчетов. А именно – учитывает разницу температур в помещениях здания.

Чтобы получить своими руками более точные данные, можно применять расчеты с определением расхода тепла по:

• Показателям потерь тепла через различные строительные конструкции;
• Проектной документации.
• Укрупненным показателям.

Саморегулирующие организации обычно используют собственные методики.

В них учитываются следующие параметры:

• Архитектурные и планировочные данные;
• Год постройки дома;
• Поправочные коэффициенты температуры уличного воздуха в период отопительного сезона.

Кроме того, фактическая удельная отопительная характеристика жилых зданий должна определяться с учетом потерь тепла в трубопроводах, проходящих через «холодные» помещения, а также расходов на кондиционирование вентиляцию. Эти коэффициенты можно узнать в специальных таблиц СНиП.

Вот, пожалуй, и вся основная инструкция по определению удельного теплового параметра.

Класс энергоэффективности

Удельная теплохарактеристика служит основой для получения такого показателя как класс энергоэффективности дома. Последние годы класс энергоэффективности должен определяться в обязательном порядке для жилых многоквартирных домов.

Определение данного параметра осуществляется на основе следующих данных:

• Отклонение фактических показателей и расчетно-нормативных данных. Причем первые можно получить как расчетным, так и практическим путем, т.е. при помощи тепловизионного обследования.
• Климатические особенности местности.
• Нормативные данные, которые должны в себя включать сведения о расходах на отопление, а также .
• Тип здания.
• Технические характеристики использованных строительных материалов.

Каждый класс имеет определенные значения расхода энергоресурсов на протяжении года. Класс энергоэффективности должен быть отмечен в энергетическом паспорте дома.

Вывод

Удельная отопительная характеристика зданий является важным параметром, который зависит от ряда факторов. Как мы выяснили, определить ее можно самостоятельно, что в дальнейшем позволит .

Из видео в этой статье можно почерпнуть некоторую дополнительную информацию по данной теме.