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"
Добавить комментарий