книги / Отопление и вентиляция. Отопление
.pdfстание теплового потока, то самым невыгодным случаем работы системы отопления следует считать работу ее при абсолютном минимуме наружной температуры и стационарном тепловом режиме. Однако такой расчет не оправдывается экономически, так как абсолютный минимум может наблю даться раз в несколько десятков лет, а остальное время система отопления будет работать при производительности значительно меньшей, чем проектная. Поэтому можно счи тать допустимым несоблюдение нормального режима отопле ния помещения в течение сравнительно небольшого отрезка
времени, называемого п е р и о д о м н а р у ш е н и я |
р а с ч е т |
ных у с л о в и й . |
нарушения |
Поскольку длительность допустимого периода |
этих условий пока не нормирована, в настоящее время поль зуются для расчетов понятием наружной расчетной темпера туры отопления, обозначая ее tH.Р.0. Стационарный тепловой поток, соответствующий этой наружной температуре и нор мальной температуре помещения, называется р а с ч е т н о й т е п л о п о т е р е й . Система отопления, способная своим теп ловыделением компенсировать расчетную теплопотерю, прак тически сводит период нарушения к такому минимуму, кото рый можно считать вполне допустимым.
Величина t„. р. 0 определяется в зависимости от климати ческих особенностей местности. Строго говоря, если учиты вать влияние тепловой инерции, то для одной и той же мест ности для зданий, наружные ограждения которых представ ляют собой плохо проводящие тепло, но теплоемкие конструк ции, расчетную наружную температуру можно принять менее низкой, чем для зданий с теплопроводными и нетеплоемкими ограждениями.
Специалистами был предложен ряд методов определения t„. р. о- Ввиду крайней сложности вопроса эти методы с тече нием времени изменяются и совершенствуются. Принятые в Советском Союзе значения наружных расчетных температур отопления показаны на рис. 1. Температура воздуха tB, ко торую отопление должно обеспечить внутри помещения, зависит от назначения помещения и степени интенсивности работы, выполняемой человеком.
Зимой хорошее самочувствие человека, находящегося в состоянии покоя или во время работы, не связанной с затра
той мускульной силы, обеспечивается при температуре |
+ 18+ |
|||
+ 20° при условии, |
что температура поверхности пола |
будет |
||
ниже температуры |
помещения |
не более чем на 1,25—2,5°. |
||
Для заводских и фабричных |
помещений внутреннюю темпе |
|||
ратуру можно принимать |
в |
пределах от + 12° до + 20°, в |
||
зависимости от интенсивности |
выполняемой мускульной ра |
|||
боты. |
|
|
|
|
21
щШт
Конкретные требования к фабрично-заводским помещениям приведены в «Указаниях на проектирование отопления и вен тиляции производственных и вспомогательных зданий про мышленных предприятий» СН-7-57. В этом источнике для некоторых помещений показаны два значения допустимых температур, например 8—15° или 16—19°. Первая цифра озна чает минимальную температуру, которую должна обеспечить система отопления, вторая — максимально допустимую темпе
ратуру в |
помещении |
в |
тот период года, когда |
окна еще |
|
нельзя держать |
открытыми. |
т е п л о |
|||
Если в |
помещении |
происходят п о с т о я н н ы е |
|||
в ы д е л е н и я |
от людей, |
освещения или от ироизводствен- |
ного процесса, это тепло нужно учитывать как фактор, сни жающий затраты тепла на отопление.
Когда известны коэффициент теплопередачи и площадь ограждения, то количество тепла, теряемое помещением
через данное ограждение можно определить |
по известной |
|
из теории |
теплопередачи формуле: |
|
|
Q = k{tB— 4. р. о) • F кдж/час, |
(1) |
где |
k — коэффициент теплопередачи, |
кдж/м2 - час ♦ |
• град;
tB— температура воздуха в помещении;
4 . р. о — расчетная температура наружного воздуха; F — площадь наружных ограждений, м2;
(4 — 4 . р. о) — расчетная разность температур, град.
При пользовании этой формулой необходимо учитывать ряд важных положений для обеспечения унификации расче тов. Прежде всего следует иметь в виду, что ограждения помещения не всегда непосредственно граничат с наружным воздухом (например, перекрытия, выходящие на чердак, полы, выходящие в подвал, и т. д.). При этом разность температур воздуха с обеих сторон ограждения будет меньше расчетной. В рамках допустимой точности в таких случаях умножают расчетную разность температур на поправочный множитель ф, меньший единицы. Ниже приведены некоторые значения этих коэффициентов.
Д л я п е р е к р ы т и й , в ы х о д я щ и х на ч е р д а к : |
разреженной |
|
при кровле стальной, черепичной или асбоцементной по |
||
обрешетке........................................................................................... |
<Ь= |
0,9; |
при той же кровле, но по сплошному настилу . . . . . . |
. . ф= |
0,8; |
при кровле из рулонного материала . . . . - ............................... |
ф= |
0,75. |
Д л я с т е н |
и п е р е г о р о д о к , о т д е л я ю щ и х о т а п л и в а е м о е |
п о м е щ е н и е |
о т н е о т а п л и в а е м ы х : |
если неотапливаемое помещение сообщается с наружным воздухом
(например, тамбуры)....................................................................................... |
ф= |
0,7; |
если неотапливаемое помещение не сообщается |
с наружным возду |
|
хом .................................. ... .................................................... ......................... |
ф= |
0,4. |
23
Д л я п о л о в :
над холодными подпольями, расположенными выше уровня земли при
непрерывной конструкции цоколя: |
<1с=0,4; |
при термическом сопротивлении цоколя /?>1 лР-час-град/кдж . |
|
при термическом сопротивлении цоколя /?< 1 м1-час-град\кдж . . ф=0,75; |
|
над холодными подвалами, расположенными ниже уровня земли: |
|
при наличии окон в подвале.......................................................... |
ф = 0,6; |
при отсутствии о к о н ........................................................................ |
=? 0,4. |
Во всех остальных случаях температура внутри неотапли ваемого помещения определяется тепловым расчетом.
§ 2. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТРОИТЕЛЬНЫМ ОГРАЖДЕНИЯМ
Для того чтобы обеспечить нормальные условия пребыва ния людей в помещении, строительные ограждения его долж ны отвечать целому ряду требований как теплотехнических, так и физических.
Рассмотрим требования, которые влияют на теплопотерю помещения. Так как человеческое тело отдает тепло не толь ко окружающему воздуху (теплопотеря тела конвекцией), но и внутренней поверхности ограждений помещения (теплопо теря тела лучеиспусканием), разность температур Д^0 воз духа помещения и внутренней поверхности различных ограж дений не должна превышать определенных величин, приве денных в табл. 1.
|
|
|
|
|
|
|
Та б л и ц а 1 |
|
Значения Д<0 для |
зданий различного назначения |
|||||
|
|
|
|
|
|
Значения |
Д/0, град |
|
|
Наименование зданий |
для стен |
для |
|||
|
|
|
|
|
|
перекрытий |
|
Жилые здания, больницы, детские сады, ясли . |
6 |
4,5 |
|||||
Театры, кино, школы, |
вокзалы, вспомогатель |
|
|
||||
ные помещения на промышленных пред |
7 |
5,5 |
|||||
приятиях (за исключением мокрых) . . . . . |
|||||||
Производственные здания с небольшим тепло |
|
|
|||||
выделением (до 20 ккал}мг ■час) при относи |
|
|
|||||
тельной влажности внутреннего воздуха: |
|
7 |
|||||
от 50 до 60°/о................................................... |
8 |
||||||
не |
выше |
49°/о........................................• . . |
10 |
8 |
|||
То же, но с |
большими |
тепловыделениями (бо |
|
|
|||
лее |
20 мсал/м3 • час) |
при |
относительной |
|
|
||
. влажности внутреннего |
воздуха: |
12 |
12 |
||||
|
|
|
|
|
|
Для |
влажных помещений с относительной |
|
влажностью более 75°/о, в которых допускает |
6,5 |
|
ся |
конденсация влаги на стенах ...................... |
Как уже говорилось выше, желательно, чтобы температу ра поверхности пола не была бы ниже температуры поме щения более чем на 1,25°. Максимально допустимый предел этой разности составляет 2,5°.
Температура внутренних поверхностей наружных огражде ний, за исключением остекления, даже в местах более тепло проводных элементов конструкций (мостики холода — швы) должна обеспечивать отсутствие конденсации влаги. Для упрощения техники расчетов поток тепла через ограждения условно считают стационарным. Фактически же он не постоя нен, и поэтому в расчетные формулы нужно вводить ряд поправок, учитывающих тепловую инерцию ограждений.
Приведенные выше условия удовлетворяются, если коэф фициент теплопередачи наружного ограждения не превышает величины
|
ав (* в -тв) |
(2) |
|
|
k макс — |
|
|
|
(<в — *н. р. о)пт |
|
|
где |
tB— расчетная температура внутреннего воз |
||
|
духа; |
|
|
|
/н. р. о — наинизшая расчетная температура наруж |
||
|
ного воздуха; |
|
|
* |
ав — коэффициент |
теплоотдачи внутренней |
|
среды к внутренней |
поверхности ограж |
||
|
дения, кдж/м2 • час • град (см. табл. 2); |
||
|
(ta — тв) = М0— допустимая разность |
температур между |
|
|
внутренним |
воздухом и внутренней по |
|
|
верхностью ограждения; |
п— коэффициент, учитывающий расположе ние ограждения по отношению к наруж ному воздуху.
Значения коэффициента п следующие: |
|
|
|
для наружных стен, бесчердачных покрытий и пе |
п = |
1,0; |
|
рекрытий над проездам и |
..................................................... |
||
для бесчердачных покрытий и перекрытий с венти |
0,9; |
||
лируемыми п р о д у х а м и ................... |
• ................................. |
я = |
|
для перекрытий над неотапливаемыми подвалами |
. я = |
0,6; |
|
для перекрытий над холодными подпольями. . . |
. п = |
0,75; |
т— коэффициент, зависящий от величины £> тепловой инерции ограждения, определяемой по формуле:
£> = 0,51 (#] |
Yj -f R iV ^2с2Ъ Н-----+ |
слТя > (3) |
|
где /?,; R2 — термические |
сопротивления отдельных слоев |
||
ограждения, |
м2• час • град/кдж; |
слоев материа |
|
Х2 — коэффициенты теплопроводности |
|||
ла в |
кдж/м • час • град-, |
|
25
Cj*, c2 — коэффициенты тенлоемкости слоев материала в
кдж/кг • град;
7Г>Тг — объемные массы материалов, из которых состоят отдельные слои в кг/м3.
Ниже приведены значения коэффициента т.
Для ограждений особо легких |
. (Z) = |
0-т-2) |
т — 1,3; |
|||
то же, л е г к и х .............................. |
|
. |
(D —2,1 — 4) |
т— 1,2; |
||
то же, средней массивности |
. ( 0 = |
4,1— 7) |
т = |
1,08; |
||
то же, массивных . |
................... (0 > 7 |
,1 ) |
т = |
1,0. |
||
Для перекрытий над |
холодными подвалами |
и |
|
|||
подпольями........................................................................ |
|
|
|
|
т = 1 ,0 . |
|
Данные о рекомендуемых |
внутренних температурах для |
помещений различного назначения можно найти в следующих источниках:
1. Указание по проектированию отопления и вентиляции
производственных и вспомогательных |
зданий промышленных |
предприятий СН-7-57; |
i |
2.Санитарные нормы проектирования промышленных пред* приятий Н-101-54 приложения 5 и 6;
3.Строительные нормы и правила, часть I, изд. 1962 г.
Кроме того, имеется ряд вспомогательных норм, а также и технические указания по проектированию отопления и вен тиляции для крупных городов, например Ленинграда.
Пример. Определить максимально |
допустимое значение коэффициента |
k для кирпичной неоштукатуренной |
стены производственного здания с |
незначительными тепловыделениями. Температура внутреннего воздуха +15"; относительная нлажиость 50*/о; расчетная наружная температура — 25*.
Р е ш е н и е . Пользуясь формулой (2) и табл. 1 и 2, получаем без учета поправочного коэффициента:
31,5 • 8
|
= 6,3. |
|
15 + 25 |
|
|
Согласно формуле (3) имеем: |
|
|
Z)= 0,51 _ Д _ |
У 2,94 • 0,21 - 1800 = 5,53. |
|
6,3 |
|
|
Следовательно, т =1,08. |
|
|
В итоге получаем: |
|
|
* м « с= |
-5.53 = |
5,83. |
В любых зданиях значения коэффициента &Макс для наруж |
||
ных ограждений, кроме остекления, |
необходимо принимать |
такие, чтобы у людей, находящихся в непосредственной бли зости от ограждений, не было неприятного ощущения из-за увеличения лучистого обмена между поверхностью тела
человека и наружными |
ограждениями. |
Эта предпосылка и |
|
положена в основу формулы (2). |
проверять величину |
||
Во всяком |
случае, |
всегда полезно |
|
Д/0 = (*в — хв), |
исходя из условия, что |
температура внутрен- |
26
ней поверхности ограждения тв должна быть не ниже точки росы, соответствующей состоянию воздуха помещения, т. е. его температуре и относительной влажности.
Конструкции ограждения рекомендуется проверять на отсутствие конденсации влаги не только на внутренней по верхности, но и внутри самого ограждения. Для этой цели приходится производить расчет ограждения на паропроницаемость.
При наличии в наружном ограждении теплопроводных
-элементов (так называемых включений), имеющих прямо угольное сечение (толстые сквозные швы, колонны и ригели железобетонного каркаса и т. п.), температура внутренней поверхности в этих опасных местах определяется по фор муле:
[/?0 -М (#0 —fig |
р „) |
\ = |
(4) |
“в RORQ |
|
где /?0 — сопротивление теплопередаче ограждения без теп лопроводного включения;
/?в — сопротивление теплопередаче в месте нахождения теплопроводного включения;
— коэффициент, зависящий от соотношения толщины слоя Д теплопроводного включения в направлении, перпендикулярном тепловому потоку, к полной тол
щине наружного ограждения 8. При -^- = 0,02; 0,05;
О
0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5 этот коэффициент соот ветственно равен ij= 0,12; 0,24; 0,38; 0,55; 0,74; 0,83; 0,87; 0,95.
Температура V должна быть выше точки росы воздуха помещения, если относительная влажность в помещении ме нее 75%. При — > 1,5 теплопроводное включение следует
рассматривать как самостоятельную часть ограждения. Требования к ограждениям в отношении паропроницае-
мости, воздухопроницаемости и теплоустойчивости изложены в строительных нормах и правилах (СН и П). Здесь эти требова ния не приводятся, поскольку они не имеют непосредственно го отношения к определению теплопотерь помещений.
Сведения о том, как подсчитать коэффициент теплопере дачи ограждения, если материал ограждения имеет включе ния по длине и ширине, можно найти в СН и П и в руко водствах по строительной теплотехнике. В этих же источниках изложен ряд требований к некоторым не часто встречающимся конструкциям. Вообще следует иметь в виду, что коэффи циент теплопередачи k приходится вычислять только для
27
нестандартных конструкций. Для всех более или менее раслространенных конструктивных решений можно принимать уже вычисленные и проверенные коэффициенты из справоч ных таблиц, весьма распространенных в специальной литера туре.
В данном разделе не изложены также требования к наруж ным ограждениям в отношении теплоустойчивости, паропрояицаемости и воздухопроницаемости, поскольку они не имеют непосредственного отношения к определению теплопотерь.
§ а ПОДСЧЕТ; ТЕПЛА, ТЕРЯЕМОГО ПОМЕЩЕНИЯМИ
Для определения максимального количества тепла, теряе мого помещением путем передачи его через наружные ограж дения, пользуются выражением:
|
Q = 2 \k (tB— to. р. о)ф /Ч кдж/час, |
(5) |
|||
где |
k — коэффициент теплопередачи данного строи |
||||
|
тельного ограждения, |
кдж/м2 - час • град; |
|||
|
/•’— площадь этого |
ограждения, м2; |
град; |
||
|
(/в — /н. р. о) — расчетная разность |
температур, |
|||
|
Ф— поправочный коэффициент к расчетной раз |
||||
|
ности температур. |
|
|
|
|
|
В основу расчетов, связанных |
с применением выражения |
|||
(5), принимаются следующие положения. |
|
||||
|
Коэффициент теплопередачи |
k |
или |
общее термическое |
сопротивление /? определяется по известной формуле:
k = - - = |
------------------- ----------------------кдж/м2 • час -град, |
|||||
* |
+ |
|
. . . . J a - . - L , |
|
||
|
“ в |
Х1 |
*2 |
*•„ |
®и |
(б ) |
где я„ — коэффициент теплоотдачи |
внутренней среды к внут |
|||||
ренней поверхности ограждения, кдж/м1 -час-град; |
||||||
<*н—коэффициент теплоотдачи наружной поверхности |
||||||
ограждения, кдж/м2-час-град; |
|
|||||
е — толщина слоев материала, |
составляющих огражде |
|||||
ние, м; |
|
теплопроводности материала каждого |
||||
X—коэффициенты |
||||||
из слоев, составляющих ограждение, кдж/м-час-град. |
||||||
При наличии в ограждении |
воздушных прослоек вместо |
|||||
величины: |
следует |
подставлять |
величину RB.П» соответ |
|||
ствующую |
термическому сопротивлению |
прослойки. Значе |
||||
ния величин ав, а„ и |
RB.п, полученные |
экспериментальным |
||||
путем, приведены |
в табл. 2 и табл. |
3. |
|
28
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
2 |
||
|
Значения коэффициентов теплоотдачи и тепловосприятия |
|
|
|||||
|
Род поверхностей ограждений |
|
а |
|
а |
в |
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
Наружные стены, плоские кры ш и ....................... |
|
83.8 |
|
31,5 |
|
|
||
Гладкие перекрытии при передаче тепла: |
|
41,9 |
|
31,5 |
|
|
||
снизу вверх (при наличии чердака)............... |
|
|
|
|
||||
сверху вниз (при наличии подвала)................ |
|
21 |
|
21 |
|
|
||
Ребристые перекрытия с отношением высоты |
|
|
|
|
|
|||
ребра А к расстоянию между ребрами а: |
|
|
|
|
|
|
||
h |
л л |
|
|
— |
|
29,4 |
|
|
— |
0 , 2 ...................................................... |
|
|
|
|
|
||
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
^а- 0 . 3 .................................................................... |
|
|
— |
|
27,3 |
|
|
|
При наличии кессонов и |
> 3 ........................... |
|
— |
|
25,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
3 |
||
|
Значения коэффициентов термического сопротивления |
|
|
|||||
|
воздушных прослоек (по СН и П, 1958) |
|
|
|
||||
|
|
|
Коэффициент /?в> „ при толщине |
|
||||
|
Вид прослойки |
|
|
прослойки, см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
» |
2 |
3 |
5 |
10 |
15—30 |
|
Вертикальная |
1 |
0,041 |
0,043 |
0.045 |
0,045 |
0,045 |
||
Горизонтальная прн потоке тепла: | 0,033 |
||||||||
снизу вверх |
J |
0.045 |
0,048 |
0,05 |
0,055 |
0,057 |
||
сверху вниз |
0,041 |
Что касается коэффициентов X, то значение их существен но меняется в зависимости от влажности материала. Значе ния X для материалов нормальной влажности приведены в приложении I.
Для ограждений, материал которых разнороден, по длине и ширине (перпендикулярно и параллельно тепловому потоку), коэффициент k определяется следующим образом.
. Если материал ограждения однороден по толщине, то оно делится плоскостями, параллельными тепловому потоку, на участки, материал которых однороден во всех направлениях. Для каждого участка с площадью поверхности, соответствен но равной Fj, F%, вычисляют местные коэффициенты тепло
передачи |
, k2 и т . |
д. |
Значение |
коэффициента |
kQвсего |
ограждения определяют по |
формуле: |
|
|
||
k0— k'Fl + kiFt + |
'** F |
+ Fn |
. я а с . гр ад |
(7) |
|
|
/д + Fa+ |
-+ f п |
|
|
29
Если материал неоднороден по толщине, то расчетную величину коэффициента k0 определяют по приближенной формуле
kn — 3k' ■ — кдж/м2’Час-град.
Для определения величины k' ограждение мысленно делят плоскостями, параллельными тепловому потоку, на части, имеющие однородное строение по длине и ширине огражде ния; затем для каждой такой части с площадью поверхности, соответственно равной Fx, F2, ..., Fn, оределяют по формуле
(7) коэффициенты, а среднее значение k' (преуменьшенное) находят из выражения
k' = k.^ + k^ +.: : : ± M s Кдж/м2 • час • град.
Pi + Рз + • • ■ + Рп
Чтобы вычислить среднюю величину kn (преувеличенную), ограждение условно делят плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку, на слои толщиной, соответственно равной elt е2, ..., еп, с однородным материалом в пределах этой толщины (однородность по длине и ширине не обязательна). Величину k" находят по формуле
_1_ = |
К |
J___£L_ .+ _ fi_ 4 |
— — h — м2-час- град/кдж, |
|
* |
Кр.г |
Кр.2 |
*ср. п |
где Хср — среднее значение коэффициента теплопроводности каждого слоя;
Хср = |
^пРп кдж/м2-час-град. |
Pi + Pi + |
••• Рц |
При определении коэффициента k' для кладки (кирпичной, бутовой и др.) предварительно находят средний коэффициент теплопроводности этой кладки по формуле:
Хкл = />,XJ + />2**2 кдж/м2-час‘град,
где Xj и Х2 — коэффициенты теплопроводности камня и рас
твора; |
соответствующего материала |
Pi и Рч ~ доля содержания |
|
по объему. |
весьма существенно точно |
При подсчете потерь тепла |
определить площадь охлаждающихся поверхностей. Если, например, измерить площадь наружных стен помещений средних этажей по внутренним размерам в свету (рис. 2, а, пунктирная стрелка), то полученная площадь не будет равна истинной площади охлаждения, так как наружная поверхность стены здания, лежащая в пределах междуэтажных перекры тий (рис. 2, б, заштрихованные слои), будет не учтена. Точно
30