Теплотехнических расчет ограждающих конструкций

Задача №1

Рассчитать калориферную установку для нагревания воздуха в количестве L =260м³/сс начальной температурой t _н= –18⁰С до конечной требуемой t _к=+20⁰С. Теплоноситель вода t _г=150⁰С и t _о=70⁰С.

Решение:

1. Плотность воздуха при t _к=+20⁰С ρ₂₀=1,205кг/м³

Расход теплоты на нагревание воздуха

Q=0,278L·ρ·c·(t_к-t_н) =0,278 · 936000 · 1,205 · 1 · (20-(-18))=11,9·10⁶ Вт

2. Задаемся массовой скоростью движения воздуха vρ =5кг/(м²с), при которой площадь живого сечения калориферной установки по воздуху

3. По справочнику принимаем калориферы биметаллические с накатанным оребрением модели КСк3-11-01 с установкой их параллельно по воздуху у которого f _в=68,01, f _т=0,685. Принимаем к установке 62,66/0,685=91 шт.

Фактическая массовая скорость движения теплоносителя при параллельной установке калорифера

4. Скорость прохода теплоносителя в трубках калориферов при последовательном присоединении трубопровода

5. Коэффициент теплопередачи

К =19,31*(ρv)^0,455* W ^0,14=19,31*5^0,455*0,05^0,14=26 Вт/м²К

6. Требуемая площадь поверхности нагрева калориферной установки

7. Число подлежащих установке калориферов при площади поверхности нагрева одного калорифера КСк3-11-01 – 68,01 м².

n =4043/68,01=64 штуки

 

Задача №2

Теплотехнических расчет ограждающих конструкций

Исходные данные:

Район строительства – г. Кемерово

1. Расчетная температура наружного воздуха t_н=-39⁰С;

2. Расчетная температура внутреннего воздуха t_в=22⁰С;

3. Относительная влажность внутреннего воздуха φ=50-60%;

4. Влажностный режим помещения – нормальный;

5. Условия эксплуатации – Б.

Стены:

- штукатурка; -кирпич; - утеплитель; - штукатурка.

Перекрытия:

- рубероид; - керамзитовый гравий; - бетонная стяжка; - железобетонная плита.

Пол:

- неутепленный, на лагах.

Окна:

двойное остекление (сопротивление теплопередачи R=0,5м²⁰С/Вт).

Двери:

одинарные (сопротивление теплопередачи R=0,7м²⁰С/Вт).

 

1. Определение коэффициента теплопередачи стен

Исходные данные для расчета взяты из СНиП II-3-79*, прил. 3*:

- штукатурка с теплопроводностью λ_ш=0,93 Вт/(м²*⁰С) и толщиной δ_ш=0,02м;

- кирпич с теплопроводностью λ_к=0,52 Вт/(м²*⁰С) и толщиной δ_к=0,64м;

- утеплитель пенополистирол с теплопроводностью λ_ут=0,06 Вт/(м²*⁰С);

- R₀^тр=3,5м²⁰С/Вт – требуемое сопротивление теплопередаче стены (заданное значение)

Определение общего термического сопротивление стены:

	где αв = 8,7 Вт/(м2·оС) (табл. 4*СНиП II-3-79*);
	αн = 23 Вт/(м2·оС) (табл. 6* СНиП II-3-79*).   м20С/Вт

Условие: R₀≥R₀^тр – не выполняется. Поэтому в состав стены предусматриваем утеплитель. В качестве утеплителя выбираем пенополистирол с теплопроводностью λ_ут=0,06 Вт/(м²·^оС).

Определяем толщину δ_ут, м при R₀^тр=3,5м²⁰С/Вт.

 

Тогда δ_ут=0,13м.

Расчет R₀ c расчетом утеплителя:

 

м²⁰С/Вт

Условие: R₀≥R₀^тр – выполняется.

Определение коэффициента теплопередачи стены:

Вт/(м²·^оС)

2. Определение коэффициента теплопередачи перекрытия

Перекрытия:

- рубероид с теплопроводностью λ_руб=0,17 Вт/(м²*⁰С) (СНиП II-3-79* прил.3) и толщиной δ_руб=0,001м (4 слоя);

- керамзитовый гравий с теплопроводностью λ_кер.гр=0,12 Вт/(м²*⁰С) (СНиП II-3-79* прил.3) и толщиной δ_кер.гр=0,15м;

- бетонная стяжка с теплопроводностью λ_б.с=1,86 Вт/(м²*⁰С) (СНиП II-3-79* прил.3) и толщиной δ_б.с.=0,02м;

- железобетонная плита с теплопроводностью λ_ж.б.=2,04 Вт/(м²*⁰С) (СНиП II-3-79* прил.3) и толщиной δ_ж.б.=0,22м.

Определение общего термического сопротивления перекрытия:

где αв = 8,7 Вт/(м2·оС) (табл. 4*СНиП II-3-79*); αн = 23 Вт/(м2·оС) (табл. 6* СНиП II-3-79*).   Условие: R0≥R0тр – не выполняется. Поэтому в состав перекрытия предусматриваем утеплитель. В качестве утеплителя выбираем плиты минераловатные повышенной жесткости с теплопроводностью λут=0,076 Вт/(м2·оС). Определяем толщину δут, м при R0тр=3,5м20С/Вт. Тогда δут=0,15м. Расчет R0c расчетом утеплителя: Условие: R0≥R0тр – выполняется. Определение коэффициента теплопередачи стены: Вт/(м2·оС)

Определение теплопотерь через пол.

Поверхность пола для расчета разбиваем по зонам с шагом 2м от каждой стороны предыдущей зоны. В соответствии со СНиП 2.04.05-91*, сопротивление теплопередаче, для не утепленных полов на грунте, следует определять, приминая R₀ равным: 2,1 – для зоны I; 4,3 – для зоны II.

По прил.3* СНиП II-3-79* принимаем настил из сосны вдоль волокон с коэффициентом теплопроводности λ_с=0,35 Вт/(м²*⁰С) и толщиной δ_с.=0,03м.

Определение полного термического сопротивления пола на лагах по зонам:

R_h=1,18*(R_c+∑δ/λ), м²⁰С/Вт,

где δ/λ=0,03/0,35=0,0857 м²⁰С/Вт – сопротивление слоев пола.

Для зоны I - R_h1=1,18*(2,1+0,0857)=2,58 м²⁰С/Вт

Для зоны II - R_h2=1,18*(4,3+0,0857)=5,17 м²⁰С/Вт

Определение общих потерь через пол по зонам:

где

F_общ=5,5*5=27,5м²;

F₁=27,5 -1,5*1,5=39 м²;

F₂=1,5*1,5=2,25 м².

Q_общ= Q₁+ Q₂=662+27= Вт.

Определение среднего фактического коэффициента теплопередачи пола:

Вт/(м²*⁰С)

 

Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции

Потери теплоты всего здания определяем, суммируя потери через отдельные ограждающие конструкции. Потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции здания определяем по формуле:

Q=β*k*F* , Вт, где

β – коэффициент для учета надбавок;

k – коэффициент теплопередачи ограждающих конструкции, Вт/(м²*⁰С);

F – площадь ограждающих конструкции, м².

Результаты расчета сведены в табл.1

Потери тепла через ограждающие конструкции

 

Таблица 1

Помещения	Ограждения	tв- tн	Коэффи-циент для надбавок	Q, Вт
Наиме-нование	tв, 0С	Сторона света	Наиме-нование	Размеры, м	Пло-щадь, м2	1/Rо
комната		С	НС	3,0х3,0	9,0	0,28		1,1	169,1
	ДО	1,0х1,5	1,5		1,1	201,3
	З	НС	6,0х2,7	16,2	0,28	1,1	304,4
	ПТ	4,0х6,0	24,0	0,28	1,1	450,9
	-	ПЛ	4,0х6,0	24,0	0,37	1,1	595,8
Итого: 1721,5

Условные обозначения: НС – наружная стена; ДО – двойное остекление; ПТ – потолок; ПЛ – пол.

Расчет количества секций

 

n=Q_общ/219=1721,5/219=8 секций.

 

 

Задача 3

Определить поверхность нагрева радиаторов в угловой жилой комнате. Теплопотери помещений взять из предыдущей задачи.

В системе отопления приняты к установке чугунные секционныерадиаторыМС-140-108. Для принятого типа прибора значения q_ном = 758 Вт/м2; n = 0,3; Р = 0,02; С_пр = 1,039; f = 0,244. Расход воды по стояку из G_ст = 303 кг/ч.

В процессе расчета в первую очередь определяется расчетная плотностьтеплового потока отопительного прибора q_пр, Вт/м2,

q_пр = q_ном ( Δ t_ср/70)^1+п (G_пр /0,1) ^р с_пр

Определение параметров в формуле производится по формулам:

G_пр = α G_ст,где α – коэффициент затекания воды в прибор, зависящий от соотношения диаметров в узле прибора.

G_пр = 0,43 * 303 = 130,3 кг/ч

Δ t_ср = 0,5(t_вx+t_вых) – t_вн,где t_вx, t_вых, t_вн – соответственно температуры теплоносителя на входе и выходе из отопительного прибора, температура воздуха в помещении, °С:

для однотрубных t_вx определяют как t_см для участка подачи воды в прибор, а t_вых – из формулы

t_вых = t_вх – Q_пр / G_пр=95-1721,5/130,3=81,8^°С

t_вx=t_см = t_г – Σ Qi Δ t_ст / Q_ст=95-1721,5*(95-70)/1604=68,2^°С

Δ t_ср =0,5*(95+81,8)-20=68,4^°С

q_пр =758*(68,4/70)^1+0,3*(130,3/0,1)^0,02*1,039=893Вт/м²

Расчетная площадь F_р, м2, отопительного прибора определяется как

F_р = Q_пр β 1 β 2 /q_пр=1811,5*1,04*1,02/893=2,15м₂

При применении чугунных радиаторов определяют расчетное количество секций

N_p = F_p* β 4 / f * β 3=2,15*1,05/0,244*1,0≈9,25=9 секций