Отопление и теплофизика: основные понятия

Отопление и теплофизика: Коэффициент теплоперехода. Термическое сопротивление теплопереходу. Коэффициент теплопроводности. Удельная теплопроводность. Термическое сопротивление (коэффициент теплоизоляции). Коэффициент теплопередачи ограждения. Термическое сопротивление ограждения. Расчет теплопотерь. Коэффициент теплопередачи для окон и дверей. Расчётные температуры воздуха в помещениях. Температура примыкающих неотапливаемых подсобных помещений. Разница в инсоляции в зависимости от ориентации по странам света. Расход тепла на вентиляцию. Объём проникающего воздуха на 1 м притворов окон и дверей высокого качества при обычных размерах створок.  Отношение длины притворов к площади окна или двери. Расчёт теплопотерь. Расчёт теплопотерь и теплоизоляции для зданий на различной местности.


Единица температуры: в системе единиц СИ 0°С = 273,15 К.

Единица количества тепла: килокалория (ккал) — количество тепла, необходимое для нагрева 1 л воды на 1 °С, в системе единиц СИ 1 ккал — 1,163 Вт.
 
Коэффициент теплоперехода α  равен количеству тепла, которое отдает 1 м2 поверхности окружающему воздуху в 1 час при разности температур в 1° (α в — α н) — обозначения коэффициентов теплоперехода соответственно для внутренних и наружных поверхностей ограждения).
Размерность: ккал/(м2 • ч• °С), или Вт/(м2•К).
 
Термическое сопротивление теплопереходу — обратная величина коэффициента теплоперехода, равная 1/ α, выражает сопротивление ограждения нагреву или отдаче тепла.
Размерность: м2 • ч• °С/ккал, или м2•К/Вт. 
 
Коэффициент теплопроводности λ-количество тепла, проходящее в 1 ч через 1 м2 слоя материала толщиной 1 м при разности температур наружной и внутренней поверхности слоя в 1°С.
Размерность: ккал/(м•ч• °С), или Вт/(м•К).
 
Удельная теплопроводность Λ = λ/δ (где δ— толщина слоя материала в метрах).
Размерность: ккал/м2 • ч • °С), или Вт/(м2К).
 
Термическое сопротивление (коэффициент теплоизоляции) — величина, обратная удельной теплопроводности и равная 1/Λ, характеризует сопротивление 1 м2 слоя материала переходу тепла за 1 час при разности температур обеих поверхностей слоя в 1°С.
Размерность: м2 • ч • °С/ккал, или м2К/Вт.
 
Коэффициент теплопередачи ограждения К —  количество тепла, проходящее за 1 час через 1 м2 поверхности ограждения при разности температур наружного и внутреннего воздуха в 1°С.
Размерность: ккал/(м2 • ч • °С), или Вт/(м2 - К).
 
Термическое сопротивление ограждения — обратная величина коэффициента теплопередачи равная 1/k, т.е. сопротивление, оказываемое 1 м2 ограждения прохождению тепла в 1 час при разности температур наружного  и внутреннего воздуха 1°С.
Размерность: м2 • ч • °С/ккал, при или м2К/Вт.
 
Расчет теплопотерь. Теплопотери помещения определяются по формуле Qобщ = Q0 • Z + Q (ккал/ч, или Вт), причем Q0 = Σg0, т.е. сумма потерь тепла через все ограждения  —  окна, стены, покрытия и т.п., которые равны q0 = kF(tвн — tн), Вт, где F— поверхность ограждения, м2; tвн — температура воздуха в помещении, °С; tн — температура наружного воздуха или в смежном помещении, °С; k —  коэффициент теплопередачи, Вт/(м2•К) (см. также табл. 1 по DIN 4701).
 
При более высокой температуре воздуха в смежном помещении (tн > tвн) теплопотери уменьшаются.
 
Температура смежных помещений и расчетная температура воздуха в помещениях различного назначения см. табл. 2 и 3 по DIN 4701.
 
Добавки к общим теплопотерям учитываются множителем Z = 1 +Zпер + Zв + Zн,
где Zпер — добавки на перерывы топки, после которых требуется усиленная топка; Zв — добавка на выравнивание температур ограждений.
 
Эта добавка зависит от средней температуры ограждений и учитывается в величине D (средний коэффициент теплопроводности), равной
 
 
Где Fобщ – суммарная площадь всех ограждений.
 
Таблица 1. Коэффициент теплопередачи К для окон и дверей, Вт/(м2-К):
 
Двери Наружные – деревянные или пластмассовые 3
Наружные – стальные или из других материалов 5
Балконные деревянные остеклённые, одинарные 4
Балконные деревянные остеклённые, двойные 2
Внутренние 2
Окна наружные Деревянные одинарные с одинарным остеклением 4,5
Деревянные одинарные с двойным остеклением, зазор между стёклами 6 мм. 2,8
Деревянные одинарные с двойным остеклением, зазор между стёклами 12 мм. 2,5
Деревянные спаренные 2,2
Деревянные двойные 2
Стальные одинарные с одинарным остеклением 5
Стальные одинарные с двойным остеклением, зазор между стёклами 6 мм. 3,4
Стальные одинарные с двойным остеклением, зазор между стёклами 12 мм. 3,1
Стальные спаренные 3
Стальные двойные 2,8
Фонари стальные с одинарным остеклением 5
Фонари стальные с двойным остеклением 3
Большие витрины с железобетонными рамами 5
Стеклоблоки 2,5
Окна внутренние Выходящие в смежные помещения, одинарные 3
Выходящие в смежные помещения, одинарные 2
 
Если заказчик не предъявляет специальных требований, то при расчёте расхода тепла следует пользоваться данными таблицы 2.
 
Таблица 2. Расчётные температуры воздуха в помещениях, °С (по DIN 4701):
 
1. Жилые здания
Общие комнаты, спальни, кухни + 20
Прихожие, коридоры, уборные + 15
Лестничные клетки + 10
Ванные + 22
2. Торговые и административные данные
  Торговые залы и конторские помещения, залы ресторанов, номера в гостиницах, магазины + 20
  Лестничные клетки и коридоры, уборные + 15
3. Школы
  Классы, аудитории, административные помещения + 20
  Учебные кухни, комнаты учебных пособий, гимнастические залы, гардеробные + 15
  Душевые и раздевалки + 22
  Врачебные кабинеты + 24
  Коридоры, лестничные клетки, рекреационные помещения, уборные + 10
  Обеденные залы + 18
  Детские сады + 20
  Коридоры, лестничные клетки и уборные в детских садах + 15
 
В административных зданиях и школах, где обычно коридоры и лестничные клетки не изолированы, рекомендуется во избежание сквозняков принимать и для них расчетную температуру 4 - 20° С. Для больниц, фабрик, заводов, театров и т. п. расчетные температуры всех помещений необходимо согласовать с заказчиком.
 
Таблица 3. Температура примыкающих неотапливаемых подсобных помещений:
 
Помещения Характеристика При температуре наружного воздуха, °С
- 9 - 12 - 15 - 18 - 21 - 24
Чердачные Конструкция покрытия имеет: K < 2 0 - 3 - 6 - 9 - 12 - 12
K = 2 – 5 - 3 - 6 - 9 - 12 - 15 - 15
K > 5 - 6 - 12 - 12 - 15 - 18 - 18
Подсобные Примыкающие в основном к отапливаемым помещениям Температуру принимать по температуре примыкающих помещений
Наружные ограждения без дверей или с дверями, ведущими в смежные или подвальные помещения + 9 + 6 + 6 + 3 + 3 0
Наружные ограждения с дверями, выходящими в подъезды, тамбуры, лестничные клетки и т.п. + 3 0 0 - 3 - 3 - 6
Подсобные С центральным отоплением + 15
С печным отоплением + 10
Котельные   От  +15 до + 20
 
Поскольку добавка Zпер зависит не только от характера эксплуатации, но и от значения D, вводят общий коэффициент ZD — Znep + Zp, который в зависимости от значения D назначают по табл. 4 (DIN 4701).
 
Таблица 4. Суммарная добавка ZD = Zпер + Zp % (DIN 4701):
 
Значения D 0,1 – 0,29 0,3 – 0,69 0,7 – 1,49 1,5
Непрерывная топка 7
Перерыв топки продолжительностью 9 – 12 ч. 20 15
Перерыв топки продолжительностью 12 – 16 ч. 30 25 20 15
 
Добавка Zop учитывает разницу в инсоляции в зависимости от ориентации по странам света. Решающее значение имеет ориентация наружной стены, а для угловых помещений — ориентация угла здания. Для помещений, где инсоляция отсутствует, добавка Zop не учитывается.
 
Таблица 5. Величина добавки Zop в зависимости от ориентации, %:
 
Ориентация Ю ЮЗ З СЗ С СВ В ЮВ
Добавка - 5 - 5 0 + 5 + 5 + 5 0 - 5
 
Таким образом Z = 1 + ZD + Zop.
 
Расход тепла на вентиляцию Qвент определяют по количеству тепла для нагревания холодного воздуха, проникающего через притворы окон и дверей, Вт/м3:  q = Cp V(tвн — tн), где Ср — теплоёмкость воздуха, равная примерно 0,31 Вт • ч/(м3К); V — объём воздуха, поступающего в помещение в 1 ч, м3/ч.
 
Объём поступающего воздуха зависит от конструкции окон, суммарной длины и воздухопроницаемости притворов.
 
Таблица 6. Объём проникающего воздуха α на 1 м притворов окон и дверей высокого качества при обычных размерах створок (DIN 4701):
 
Деревянные и пластмассовые оконные переплёты Одинарные 3
Спаренные 2,5
Двойные и одинарные с гарантированной герметичностью 2
Металлические переплёты Одинарные 1,5
Спаренные 1,5
Двойные и одинарные с гарантированной герметичностью 1,2
Внутренние двери  Неплотные (без порога) 40
Плотные (с порогом) 15
 
Таблица 7. Отношение длины притворов к площади окна или двери ω = 1/F (используется для ориентировочного определения):
 
Окна с любым числом створок Высота окна или двери, м ω = 1/F
0,5 7,2
0,63 6,2
0,75 5,3
0,88 4,9
1 4,5
1,25 4,1
1,5 3,7
2 3,3
2,5 3
Двери и балконные двери
двухпольные 2,5 3,3
однопольные 1 2,6
 
Кроме того, количество поступающего воздуха зависит от вида помещения, его теплоизоляции, расположения окон и местности (защищенный от ветров участок или участок с сильными ветрами). При определении Qвент это учитывается показателями R и H, характеризующими помещение и здание, и коэффициентом Zугл, характеризующим добавку на угловые окна. Значения показателей R и Н — см. табл. 8 и 9 (по DIN 4701). Добавку Zугл = 1,2 следует вводить лишь для окон и дверей, расположённых в углу здания, на пересечении двух  наружных  стен.
 
Таким образом, Qвент = Σ (al)нарRH(tвн - tн) Zугл, Вт.
 
Таблица 8. Значение показателя R для помещений с обычным числом, размерами и конструкцией окон и дверей:
 
Материал Внутренние двери  Площадь окон R
Площадь внутренних дверей
Окна деревянные и пластмассовые неплотные 3 0,9
плотные 1,5
Окна металлические неплотные 6
плотные 2,5
Окна деревянные и пластмассовые неплотные от 3 до 9 0,7
плотные от 1,5 до 3
Окна металлические неплотные от 6 до 20
плотные от 2,5 до 6
 
Таблица 9. Значения показателя H:
 
Характер местности  Условия расположения домов  H
Сблокированные дома *** Отдельно стоящие дома
Нормальные условия Защищённое 0,24 0,34
Открытое 0,41 0,58
Очень открытое 0,6 0,84
Местность с сильными ветрами Защищённое 0,41 0,58
Открытое 0,6 0,84
Очень открытое 0,82 1,13
 
*** Все дома с несколькими квартирами или самостоятельными группами помещений на этаже.
 
Таблица 10. Пример подсчёта теплопотерь:
 
 
Наименование  Помещения № 1 1 Пол Окна Наружная стена Окна Наружная стена Внутренние двери
Ориентация 2 С С З З
Толщина стен, см 3
Подсчёт площадей Длина, м Комната совещаний. + 20 С° 4 6 1,4 5 1,4 6 1 5
Высота или ширина, м  5 5 2,3 3,8 2,3 3,8 2,2 3
Площадь, м2 6 30 3,2 19 3,2 22,8 2,2 19
Количество 7 1 1 1 2 1 1 1
За вычетом, м2 8 3,2 6,4
Подсчёт теплопотерь Принято в расчёте, м2   9 30 3,2 15,8 6,4 16,4 2,2 16,8
Коэффициент теплопередачи, ккал/м2 • ч • С° 10 0,87 2 1,09 2 1,09 2 2
Перепад температур Λ t, С° 11 15 35 35 35 35 5 5
Произведение колонок 10 и 11, ккал/м2 • ч 12 13 70 38 70 38 10 10
Теплопотери без учёта добавки Q0, ккал/ час 13 390 220 600 450 620 20 170 2470
Добавки Zд = Zпер + Zp, % Объём 30 Х 3,5 = 105 м3 14               7
Zор ориентация, % 15               5
Z добавка, 1 + % 16               1,2
Потребность в тепле Qот + Qвент = Qобщ, ккал/час   17               Qот = 2770
 
Теплопотери от теплопередачи, подсчитанные для каждого ограждения, вносят в таблицу (см. табл. 10), затем определяют для каждого помещения суммарную добавку к общим теплотопотерям и проводят расчет по формуле Qот = Σq0 (1 + Z0 + Zop) = Q0Z
 
К полученному результату прибавляют расход тепла на вентиляцию и получают часовую потребность помещения в тепле: Qот + Qвент = Qобщ.
 
 
Эрнст Нойферт. «Строительное проектирование» / Ernst Neufert "BAUENTWURFSLEHRE"
поддержать Totalarch

Добавить комментарий

Подтвердите, что вы не спамер
CAPTCHA
Этот вопрос задается для проверки того, не является ли обратная сторона программой-роботом (для предотвращения попыток автоматической регистрации)