Расчет теплопотерь помещений

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Наружная стена

Ограждающие конструкции совместно с системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха должны обеспечивать нормируемые параметры микроклимата помещений при оптимальном энергопотреблении.

Наружные стены изготавливаются из полнотелого силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе (кладка однослойная толщиной 380 мм, поверх которой слой утепляется). Снаружи и изнутри – слой известняково-песчаной штукатурки толщиной 20 мм (рис. 1). Толщина утеплителя определяется из теплотехнического расчёта.

 

 

Рисунок 1 – Наружная стена

 

Согласно таблице А.1 [1] плотности ρ, расчётный коэффициент теплопроводности материала λ, расчётный коэффициент теплоусвоения материала Ѕ составляют:

· для цементно-песчаного раствора ρ=1800 кг/м³, λ=0,76 Вт/(м²∙°С), Ѕ=9,6 Вт/(м²∙⁰С);

· для силикатного кирпича ρ=2000 кг/м³, λ=1,36 Вт/(м²∙°С), Ѕ=10,99 Вт/(м²∙⁰С);

· плиты жесткие минераловатые на битумном связующем ρ=250 кг/м³, λ=0,06 Вт/(м²∙°С), Ѕ=0,98 Вт/(м^{2 0}С).

 

 

Расчет толщины теплоизоляционного слоя

δ_х = [R_норм – (1/α_в + R₁ + R₃ + R₄ + 1/α_н)]·λ_х, (1)

где R_норм. – нормативное сопротивление теплопередаче принимаемая по
таблице 5.1 [1], Вт/(м² ∙⁰С);

R_норм.= 2,0 Вт/(м² ∙⁰С);

λ_х – расчётный коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя, Вт/(м²∙°С);

R₁, R₃, R₄ – термические сопротивления отдельных слоёв наружной стены,
(м² ∙⁰С)/Вт;

α_в, α_н – коэффициенты теплоотдачи соответственно внутренней и наружной поверхностей конструкции для зимних условий, принимаемые по таблице 5.7 [1], Вт/(м² ∙⁰С);

α_в = 8,7 Вт/(м² ∙⁰С),

α_н = 23 Вт/(м² ∙⁰С).

 

 

Определение термических сопротивлений отдельных слоёв конструкции

R= δ/λ, (2)

где δ – толщина слоя многослойной конструкции, м;

λ – расчётный коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м²∙°С);

 

· для цементно-песчаного раствора:

R₁= R₄= 0,02/0,76 = 0,026 (м²∙⁰С)/Вт;

· для силикатного кирпича:

R₃= 0,38/1,36 = 0,279 (м²∙⁰С)/Вт;

Толщина теплоизоляционного слоя:

δ_х=[2 – (1/8,7 + 0,026 + 0,279+ 0,026 + 1/23)]·0,06 = 0,1 м;

· для теплоизоляционного слоя:

R_x= 0,1/0,06=1,67 (м²∙⁰С)/Вт.

 

 

Общая толщина наружной стены:

δ = δ₁ + δ_x + δ₃ + δ₄, (3)

где δ₁, δ_x, δ₃, δ₄ – толщины отдельных слоёв наружной стены, м;

δ = 0,02 + 0,09 + 0,38 + 0,02 = 0,52 м.

 

 

Определение тепловой инерции

D = ΣR_iS_i, (4)

где R₁,R_x,R₃,R₄ – термические сопротивления отдельных слоёв наружной
стены, (м²∙⁰С)/Вт;

S_i – расчётные коэффициенты теплоусвоения отдельных слоёв наружной стены, Вт/(м²∙⁰С);

D = 0,02·9,6 + 1,6·0,98 + 0,28·10,99 + 0,02·9,6 = 5 (м²∙⁰С)/Вт;

Расчётную зимнюю температуру наружного воздуха t_н принимают в зависимости от тепловой инерции D:

при значении 4,0 < D ≤ 7,0 – берётся средняя температура наиболее холодных трёх суток.

 

 

Среднюю температуру наиболее холодных трех суток следует определять как среднее арифметическое из температур наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92:

для Витебской области: t_н=(-25-31)/2= -28 ⁰С.

 

 

Расчет требуемого термического сопротивления

, (5)

где t_в – расчётная температура внутреннего воздуха, принимаемая по
таблице 4.1 [1], ⁰С;

t_в =18 ⁰С;

t_н – расчётная зимняя температура наружного воздуха,⁰С;

n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по таблице 2 [5];

n=1;

α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности наружной стены, принимаемый по таблице 5.4 [1], Вт/(м² ∙⁰С);

α_в = 8,7 Вт/(м² ∙⁰С);

∆t_в – нормативный температурный перепад между температурой
внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружной стены, принимаемый по таблице 3 [5], ⁰С;

∆t_в = 6 ⁰С;

R_т.тр. = (1·(25+31))/(8,7∙6) = 0,82 Вт/(м² ∙ ⁰С).

 

 

Расчет полного сопротивления теплопередаче наружной стены

R₀=1/α_в + R₁ + R_x + R₃ + R₄ + 1/α_н, (6)

где α_в, α_н – коэффициенты теплоотдачи соответственно внутренней и
наружной поверхностей конструкции для зимних условий,
принимаемые по таблице 5.7 [1], Вт/(м² ∙⁰С);

α_в = 8,7 Вт/(м² ∙⁰С),

α_н = 23 Вт/(м² ∙⁰С);

R₁, R_x, R₃, R₄ – термические сопротивления отдельных слоёв наружной стены, (м²∙⁰С)/Вт;

 

R₀= 1/8,7 + 0,026+ 1,63 + 0,27+ 0,028+ 1/23=2,1 (м²∙⁰С)/Вт.

 

R₀ > R_т.тр., принимаемая конструкция наружной стены соответствует тепловым требованиям.

Подвальное перекрытие

 

Согласно принятой конституции подвальное перекрытие (рис. 2) несущая часть которого многопустотный железнобетонный настил с круглыми пустотами, толщиной 220 мм. На плиты укладывается слой утеплителя, толщину которого необходимо найти. Поверх утеплителя кладется цементно-песчаная стяжка толщиной 20 мм и на верх настилаются дубовые доски (15 мм).

Рисунок 2 – Подвальное перекрытие

 

Теплотехнический рассчет подвального перекрытия ведется аналогично расчету наружной стены. Результаты расчета сводятся в таблицу 1.

 

Чердачное перекрытие

 

Чодвальное перекрытие (рис. 3), несущая часть которого многопустотный железнобетонный настил с круглыми пустотами, толщиной 220 мм. На плиты укладывается слой утеплителя. Поверх утеплителя насыпается гравий и керамзит толщиной 15 мм. Толщина утеплителя определяется из теплотехнического расчёта.

Рисунок 3 – Чердачное перекрытие

 

Теплотехнический рассчет чердачного перекрытия ведется аналогично расчету наружной стены. Результаты расчета сводятся в таблицу 1.

2 РАСЧЕТ СИСТЕМЫОТОПЛЕНИЯ

Расчет теплопотерь помещений

 

Трансмиссионные потери тепла помещениями через стены, полы, потолки, окна, двери учитываются при проектировании систем отопления и состоят из основных и добавочных. Определяются они по формуле

Q = ((n·(t_в – t_н)·F)/R₀)(1 – ∑β), (7)

где F – поверхность ограждение, м²;

t_в – расчётная температура внутреннего воздуха, принимаемая по таблице 4.1 [1], ⁰С;

t_н – расчётная зимняя температура наружного воздуха, по таблице 1, ⁰С;

n – коэффициент учета положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, принимается по таблице 2[5];

n_нс = 1;

n_о = 1;

n_пл = 0,6;

n_пт = 0,9;

R₀ – общее сопротивление теплопередачи конструкции ограждения, берем из таблицы 1, (м²∙⁰С)/Вт;

R_0нс = 2,15 (м²∙⁰С)/Вт;

R_0пл = 3,1 (м²∙⁰С)/Вт;

R_0окн = 3,01 (м²∙⁰С)/Вт;

β – добавочные теплопотери в долях от основных потерь, [5, стр 17];

β₁ – ориентация наружных ограждений по сторонам света;

β₂ – в угловых помещениях;

β₃ – проникание в помещение холодного воздуха при открывании наружных дверей при высоте здания h.

 

Расчеты проводятся для каждого помещения здания. Результаты сводятся в
Таблицу 2.

Таблица 2 – Теплопотери помещений здания

	Номер помещения и назначения	Наименование ограждения	Размеры	Площадь, м2	Ориентация ограждения	Сопротивление теплопередачи R0, (м2∙0С)/Вт)	Внутренняя температура tв, 0С	Разность температур (tв– tв), 0С	Коэффициент n	Основные теплопотери	Добавочные теплопотери в долях β	Расчетные теплопотери ограждений, Вт	Расчетные теплопотери помещения, Вт
β 1	β 2	β 3	∑β
1 этаж	ж.к.	нс1 нс2 о пл	5,2х3,4 8,2х3,4 - 7,7х3,9	17,68 27,88 30,03	сз св св -	2,15 2,15 0,6 3,1			0,6		0,1 0,1 0,1 -	0,05 0,05 0,05 -	0,1 0,1 0,1 -	0,25 0,25 0,25 -
к	нс о пл	4,5х3,4 - 4,5х5,2	15,3 23,4	св св -	2,15 0,6 3,1			0,6		0,1 0,1 -	0,05	0,1 0,05	0,25 0,15 -
к	нс о пл	3,2х3,4 - 3,2х5,1	10,9 16,3	св св -	2,1 0,6 3,1			0,6		0,1 0,1 -	-	- 0,1 -	0,1 0,2 -
с.у.	пл	2,9х1,7	4,93	-	3,1			0,6		-	-	-	-
с.у.	н.с.	7,5х3,4	25,5	св	2,1					0,1	0,05	-	0,15
о			св	0,6					0,1	0,05	0,1	0,25
пл	7,5х3,6		-	3,1			0,6
ж.к.	нс1 нс2 о пл	5,4х3,4 2,4х3,4 - 5,4х2,4	18,36 8,16 12,96	св юв св -	2,1 2,1 0,6 3,1			0,6		0,1 0,05 0,1 -	0,05 0,05 0,05 -	0,1 0,1 0,1 -	0,25 0,2 0,25 -
кор	нс	3,4х1,7	5,8	юв	2,1					0,05			0,05
ж.к.	нс1 нс2 о пл	6х3,4 4,4х3,4 - 6х4,4 3,4х3,2	20,4 26,4 10,9	юв юз юз -	2,1 2,1 0,6 3,1			0,6		0,5 - - -	0,05 0,05 0,05 -	0,1 0,1 0,1 -	0,2 0,15 0,15 -
ж.к.	нс о   пл	3,4х3,2 - 3,2х5 1,1х1,1 0,9х0,9	10,9	юз юз   -	2,1 0,6   3,1			0,6		-	-	- 0,1   -	- 0,1   -
ж.к.	нс о пл	3,4х2,6 - 6х2,6	8,8	юз юз -	2,1 0,6 3,1			0,6		-	-	- 0,1 -	- 0,1 -

Продолжение таблицы

ж.к.	нс о пл	4,2х3,4 - 5,7х3,4	14,3 19,4	юз юз -	2,1 0,6 3,1			0,6		-	-	-0,1 -	- 0,1 -
кор	пл	2,9х5,9 1,7х1,2 1,8х1 0,3х1,6 1,1х1,9	23,5	-	3,1			0,6		-	-	-	-
ж.к.	нс1 нс2 о пл	3,4х3,4 5,7х3,4 - 5,7х3,4	11,6 19,4 19,4	юз сз юз -	2,1 2,1 0,6 3,1			0,6		- 0,1 - -	0,05 0,05 0,05 -	0,1 0,1 0,1 -	0,15 0,25 0,15 -
с.у.	нс пл	3,4х1 1,7х1	3,4 1,7	сз -	2,1 3,1			0,6		0,1 -	-	-	0,1 -
с.у.	нс пл	3,4х1,8 1,8х1,7	6,1 3,1	сз -	2,1 3,1			0,6		0,1 -	-	-	0,1 -
2 этаж	ж.к.	нс1 нс2 о	6,9х3,4 4,3х3,4 -	23,5 14,6	сз св св	2,1 2,1 0,6					0,1 0,1 0,1	0,05 0,05 0,05	0,1 0,1 0,1	0,25 0,25 0,25
к	нс о	3,3х3,4 -	11,2	св св	2,1 0,6					0,1 0,1	-	- 0,1	0,1 0,2
к	нс о	3,2х3,4 -	10,9	св св	2,1 0,6					0,1 0,1	-	- 0,1	0,1 0,2
ж.к.	нс1 нс2 о	4,4х3,4 7х3,4 -	23,8	св юв св	2,1 2,1 0,6					0,1 0,05 0,1	0,05 0,05 0,05	0,1 0,1 0,1	0,25 0,2 0,25
кор	нс	3,4х1,7	5,8	юв	2,1					0,05	-	-	0,05
ж.к.	нс1 нс2 о	6х3,4 4,4х3,4 -	20,4	юв юз юз	2,1 2,1 0,6					0,5 - -	0,05 0,05 0,05	0,1 0,1 0,1	0,2 0,15 0,15
ж.к.	нс о	3,4х3,2 -	10,9	юз юз	2,1 0,6					-	-	- 0,1	- 0,1
ж.к.	нс о	3,4х2,6 -	8,8	юз юз	2,1 0,6					-	-	- 0,1	- 0,1
ж.к.	нс о	4,2х3,4 -	14,3	юз юз	2,1 0,6					-	-	- 0,1	- 0,1
ж.к.	нс1 нс2 о	3,4х3,4 5,7х3,4 -	11,6 19,4	юз сз юз	2,1 2,1 0,6					- 0,1 -	0,05 0,05 0,05	0,1 0,1 0,1	0,15 0,25 0,15
с.у.	нс	3,4х1	3,4	сз	2,1					0,1	-	-	0,1
с.у.	нс	3,4х1,8	6,1	сз	2,1					0,1	-	-	0,1
3 этаж	ж.к.	нс1 нс2 о	6,9х3,4 4,3х3,4 -	23,5 14,6	сз св св	2,1 2,1 0,6					0,1 0,1 0,1	0,05 0,05 0,05	0,1 0,1 0,1	0,25 0,25 0,25
к	нс о	3,3х3,4 -	11,2	св св	2,1 0,6					0,1 0,1	-	- 0,1	0,1 0,2
к	нс о	3,2х3,4 -	10,9	св св	2,1 0,6					0,1 0,1	-	- 0,1	0,1 0,2
ж.к.	нс1 нс2 о	4,4х3,4 7х3,4 -	23,8	св юв св	2,1 2,1 0,6					0,1 0,05 0,1	0,05 0,05 0,05	0,1 0,1 0,1	0,25 0,2 0,25
кор	нс	3,4х1,7	5,8	юв	2,1					0,05	-	-	0,05
ж.к.	нс1 нс2 о	6х3,4 4,4х3,4 -	20,4	юв юз юз	2,1 2,1 0,6					0,5 - -	0,05 0,05 0,05	0,1 0,1 0,1	0,2 0,15 0,15

Продолжение таблицы

	ж.к.	нс о	3,4х3,2 -	10,9	юз юз	2,1 0,6					-	-	- 0,1	- 0,1
ж.к.	нс о	3,4х2,6 -	8,8	юз юз	2,1 0,6					-	-	- 0,1	- 0,1
ж.к.	нс о	4,2х3,4 -	14,3	юз юз	2,1 0,6					-	-	- 0,1	- 0,1
ж.к.	нс1 нс2 о	3,4х3,4 5,7х3,4 -	11,6 19,4	юз сз юз	2,1 2,1 0,6					- 0,1 -	0,05 0,05 0,05	0,1 0,1 0,1	0,15 0,25 0,15
с.у.	нс	3,4х1	3,4	сз	2,1					0,1	-	-	0,1
с.у.	нс	3,4х1,8	6,1	сз	2,1					0,1	-	-	0,1
4 этаж	ж.к.	нс1 нс2 о	6,9х3,4 4,3х3,4 -	23,5 14,6	сз св св	2,1 2,1 0,6					0,1 0,1 0,1	0,05 0,05 0,05	0,1 0,1 0,1	0,25 0,25 0,25
к	нс о	3,3х3,4 -	11,2	св св	2,1 0,6					0,1 0,1	-	- 0,1	0,1 0,2
к	нс о	3,2х3,4 -	10,9	св св	2,1 0,6					0,1 0,1	-	- 0,1	0,1 0,2
ж.к.	нс1 нс2 о	4,4х3,4 7х3,4 -	23,8	св юв св	2,1 2,1 0,6					0,1 0,05 0,1	0,05 0,05 0,05	0,1 0,1 0,1	0,25 0,2 0,25
кор	нс	3,4х1,7	5,8	юв	2,1					0,05	-	-	0,05
ж.к.	нс1 нс2 о	6х3,4 4,4х3,4 -	20,4	юв юз юз	2,1 2,1 0,6					0,5 - -	0,05 0,05 0,05	0,1 0,1 0,1	0,2 0,15 0,15
ж.к.	нс о	3,4х3,2 -	10,9	юз юз	2,1 0,6					-	-	- 0,1	- 0,1
ж.к.	нс о	3,4х2,6 -	8,8	юз юз	2,1 0,6					-	-	- 0,1	- 0,1
ж.к.	нс о	4,2х3,4 -	14,3	юз юз	2,1 0,6					-	-	- 0,1	- 0,1
ж.к.	нс1 нс2 о	3,4х3,4 5,7х3,4 -	11,6 19,4	юз сз юз	2,1 2,1 0,6					- 0,1 -	0,05 0,05 0,05	0,1 0,1 0,1	0,15 0,25 0,15
с.у.	нс	3,4х1	3,4	сз	2,1					0,1	-	-	0,1
с.у.	нс	3,4х1,8	6,1	сз	2,1					0,1	-	-	0,1
5 этаж	ж.к.	нс1 нс2 о пт	6,9х3,4 4,3х3,4 - 6,9х4,3	23,5 14,6	сз св св -	2,1 2,1 0,6 3,1			0,9		0,1 0,1 0,1 -	0,05 0,05 0,05 -	0,1 0,1 0,1 -	0,25 0,25 0,25 -
к	нс о пт	3,3х3,4 - 1,8х1	11,2 18,3	св св -	2,1 0,6 3,1			0,9		0,1 0,1 -	-	-0,1 -	0,1 0,2 -
к	нс о пт	3,2х3,4 - 3,2х5,1	10,9 16,3	св св -	2,1 0,6 3,1			0,9		0,1 0,1 -	-	-0,1 -	0,1 0,2 -
с.у.	пт	1,8х1,7	3,1	-	3,1			0,9		-	-	-	-
с.у.	пт	1,7х1	1,7	-	3,1			0,9		-	-	-	-
ж.к.	нс1 нс2 о пт	4,4х3,4 7х3,4 - 4,4х7 2,2х1,1	23,8 33,2	св юв св -	2,1 2,1 0,6 3,1			0,9		0,1 0,05 0,1 -	0,05 0,05 0,05 -	0,1 0,1 0,1 -	0,25 0,2 0,25 -

Продолжение таблицы

507 кор	нс   пт	3,4х1,7 9,4х1,7 3х1,4 0,9х1 2,1х1,1	5,8   23,4	юв   -	2,1   3,1			0,9		0,05   -	-	-	0,05   -
ж.к.	нс1 нс2 о пт	6х3,4 4,4х3,4 - 6х4,4 3,4х3,2	20,4 26,4 10,9	юв юз юз -	2,1 2,1 0,6 3,1			0,9		0,5 - - -	0,05 0,05 0,05 -	0,1 0,1 0,1 -	0,2 0,15 0,15 -
ж.к.	нс о   пт	3,4х3,2 - 3,2х5 1,1х1,1 0,9х0,9	10,9	юз юз   -	2,1 0,6   3,1			0,9		-	-	- 0,1 -	- 0,1 -
ж.к.	нс о пт	3,4х2,6 - 6х2,6	8,8	юз юз -	2,1 0,6 3,1			0,9		-	-	- 0,1 -	- 0,1 -
ж.к.	нс о пт	4,2х3,4 - 5,7х3,4	14,3 19,4	юз юз -	2,1 0,6 3,1			0,9		-	-	-0,1 -	- 0,1 -
кор	пт	2,9х5,9 1,7х1,2 1,8х1 0,3х1,6 1,1х1,9	23,5	-	3,1			0,9		-	-	-	-
ж.к.	нс1 нс2 о пт	3,4х3,4 5,7х3,4 - 5,7х3,4	11,6 19,4 19,4	юз сз юз -	2,1 2,1 0,6 3,1			0,9		- 0,1 - -	0,05 0,05 0,05 -	0,1 0,1 0,1 -	0,15 0,25 0,15 -
с.у.	нс пт	3,4х1 1,7х1	3,4 1,7	сз -	2,1 3,1			0,9		0,1 -	-	-	0,1 -
с.у.	нс пт	3,4х1,8 1,8х1,7	6,1 3,1	сз -	2,1 3,1			0,9		0,1 -	-	-	0,1 -
	Л.к.	нс пл пт Ох4 дв	2,6х17 7,8х2,6 7,8х2,6 - -	44,2 20,3 20,3	св - - св св	2,1 3,1 3,1 0,6 0,6			0,6 0,9		0,1 - - 0,4 0,1	-	- - - 0,4 4,59	0,1 - - 0,8 4,69
Итого:

 

2.2 Определение удельных расходов тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий

 

Удельные расходы тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания q_A, Вт·ч/(м²·⁰С·сут), q_V, Вт·ч/(м³·⁰С·сут), определяются по формулам:

q_A=Q_s/(A_bu·D)·10³, (8)

q_V=Q_s/(V_bu·D)·10³, (9)

где Q_s – суммарный годовой расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания, кВ·ч;

Q_s = 48568 кВ·ч

A_bu – отапливаемая площадь здания, м², определяемая по внутреннему периметру наружных вертикальных ограждающих конструкций:

A_bu = (2·а+2·b)·h = (2·16+2·19)·17 = 1190 м²

V_bu – отапливаемый объем здания, м³, определяется:

V_bu = а·b·h = 16·17·19 = 5168 м³

D – количество градусо-суток отопительного периода, ⁰С·сут, определяемое как:

D = (t_п-t_н.от.п)·Z_от;

t_п – средневзвешенная по объему здания расчетная температура внутреннего воздуха в помещениях, ⁰С;

t_п = 20 ⁰С

t_н.от.п – средняя температура наружного воздуха, определяется по таблице 5 [5], ⁰С;

для Минской области: t_н.от.п = -1,6 ⁰С;

Z_от – продолжительность отопительного периода, определяется по таблице 5 [5], сут;

для Минской области: Z_от = 202 сут

D = (20-(-1,6))·202 = 4363,2 ⁰С·сут;

q_A = 48568/(1190·4363,2)·10³ = 9,35 Вт·ч/(м²·⁰С·сут)

q_V = 48568/(5168·4363,2)·10³ = 2,15 Вт·ч/(м³·⁰С·сут)