Определение количества теплоты, отдаваемой системой отопления в помещении

Цель работы: определить экспериментальным путем количество теплоты, отдаваемой системой отопления в помещении.

Основные теоретические сведения.

Суммарные теплопоступления в помещении от системы отопления складываются из теплоотдачи отопительного прибора и теплоотдачи открыто проложенных в помещении труб. Суммарный тепловой поток в помещении от системы отопления можно определить по формуле:

Q = Q_пр+0,9 Q_тр . (3.1)

Если известна поверхностная плотность теплового потока отопительного прибора q_пр, Вт/м², то тепловой поток прибора можно рассчитать по формуле:

Q_пр = q_пр·F_пр , (3.2)

где F_пр – площадь поверхности отопительного прибора, м².

Плотность теплового потока отопительного прибора для теплоносителя воды определяется по формуле

, (3.3)

где q_ном – номинальная плотность теплового потока отопительного прибора при стандартных условиях работы, Вт/м²; n, р, С_пр – экспериментальные коэффициенты (принимаются в зависимости от вида прибора и схемы его подключения); G_пр – расход воды в отопительном приборе, кг/с; Δt_ср – температурный напор, °С, определяемый по формуле:

, (3.4)

где t_вх, t_вых – температура теплоносителя на входе и выходе отопительного прибора, °С; t_в – температура воздуха помещения, °С.

Расход воды в отопительном приборе G_пр можно измерить с помощью специального прибора – расходомера. В случае если непосредственное определение величины G_пр невозможно, поступают следующим образом. Для наиболее распространенных отопительных приборов, таких как радиаторы чугунные и конвекторы, коэффициенты равны р = 0,03 и С_пр = 1. Поэтому множитель в формуле (4.3) можно приближенно принять равным единице, тогда плотность теплового потока определяется по формуле:

(3.5)

Теплоотдачу теплопроводов можно определить по упрощенной формуле:

, (3.6)

где q_в, q_г – теплоотдача 1 м вертикально и горизонтально проложенных труб, Вт/м; L_в, L_г – длина вертикальных и горизонтальных теплопроводов в пределах помещения, м.

Порядок выполнения работы.

Измерения проводятся в учебной аудитории на действующей в помещении системе отопления. Для проведения лабораторной работы требуются следующие приборы:

- лазерный дальномер, измерительная линейка или рулетка;

- пирометр или термощуп для измерения температуры поверхностей;

- термометр для измерения температуры воздуха в помещении.

В процессе работы дают краткую характеристику системы отопления:

- двух- или однотрубная;

- вид теплоносителя и его расчетные параметры;

- тип отопительного прибора.

Измеряют рулеткой длины всех вертикальных L_в и горизонтальных L_г участков труб, а также размеры отопительного прибора.

Чертят схему системы отопления в аудитории с указанием всех измеренных размеров и диаметров. Пример оформления схемы показан на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема системы отопления в аудитории

Измеряют температуру поверхности труб системы отопления на всех вертикальных и горизонтальных участках, а также на входе и выходе каждого отопительного прибора. Результаты измерений заносят в табл. 3.1. указывая на схеме (рис. 3.1) месторасположение точек замера.

Таблица 3.1 – Результаты определения теплоотдачи трубопроводов системы отопления в помещении

Номер участка по схеме (рис.2.1)	Длина участка L, м	Температура участка трубы tтр, °C	Диаметр трубы d, мм	tтр-tв, °С	qг(в), Вт/м	Теплоотдача участка Qтр, Вт
1 2 … n

Замеряют температуру воздуха в помещении t_в, ^оС. Затем по таблице 3.2 в зависимости от разности температур теплопровода и воздуха помещения определяют теплоотдачу 1 м трубы q_г или q_в, Вт/м. По формуле (3.6) рассчитывают теплоотдачу каждого участка теплопроводов системы отопления в помещении. Результаты расчетов заносят в табл. 3.1.

Таблица 3.2 – Теплоотдача открыто проложенных неизолированных труб, Вт/м (вертикальных – верхняя строка, горизонтальных – нижняя строка)

Условный диаметр трубы, мм	tтp-tв > , °С	Теплоотдача 1 м трубы, Вт, через 1 °С
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
15	30	20 26	21 28	21 29	22 30	23 31	24 32	24 34	25 35	26 36	28 37
20	30	23 32	24 34	25 35	26 36	28 38	29 39	31 41	32 42	34 43	35 44
15	40	28 39	29 40	30 41	31 42	32 43	33 44	34 45	35 47	36 48	37 49
20	40	28 39	29 40	30 41	31 42	32 43	33 44	34 45	35 47	36 48	37 49
15	50	37 50	38 51	39 52	41 53	42 55	43 57	44 58	45 59	46 60	47 62
20	50	48 62	49 63	50 64	51 65	52 67	53 69	55 70	56 72	57 73	58 75
15	60	48 63	49 65	50 66	51 67	52 69	53 70	55 72	56 73	57 74	58 76
20	60	59 77	61 79	63 80	64 82	65 84	67 85	69 86	70 88	71 90	73 91
15	70	59 77	60 78	62 80	63 81	64 83	65 84	66 86	67 87	69 88	70 90
20	70	74 93	76 94	77 96	78 98	79 100	81 102	83 104	84 105	85 107	87 108

Таблица 3.3 – Значения показателей n, p и c для определения теплового потока отопительных приборов

Тип отопительного прибор	Схема движения теплоносителя	Расход воды Gо.п., кг/ч	Показатели
			n	p	c
Радиатор чугунный секционный и стальной, панельный однорядный и двухрядный, типа РСВИ	Сверху-вниз	18-54	1,3	0,02	1,039
		54-536		0	1
		536-900		0,01	0,996
	Снизу-вниз	18-115	1,15	0,08	1,092
		119-900		0	1
	Снизу-вверх	18-61	1,25	0,12	1,113
		65-900		0,04	0,97
Конвектор настенный с кожухом, типа «Комфорт»	–	36-86	1,35	0,18	1
		90-900		0,07
Конвектор настенный без кожуха типа «Акорд», однорядный и двухрядный	Любая	36-900	1,2	0,03	1
Труба отопительная стальная Ду = 40-100 мм	Любая	30-900	1,32	0	1
Радиатор алюминиевый секционный	Сверху-вниз	20-102	1,323-1,366	0

По измеренной длине или количеству секций отопительного прибора определяют номинальный тепловой поток q_ном, Вт/м², и коэффициент n (таблица 3.3). По формулам (3.4) и (3.5) вычисляют температурный напор Δt_ср, °C, и расчетную плотность теплового потока q_пр, Вт/м. Тепловой поток, отдаваемый в помещение отопительными приборами Q_пр, Вт, определяют по формуле (3.2).

По формуле (3.1) находится суммарный тепловой поток в помещении от системы отопления Q, Вт.

Лабораторная работа № 4

Определение требуемой толщины для наружной стены утеплителя здания

Цель работы: определить соответствие сопротивления теплопередаче стены современным нормам [1] и рассчитать требуемую толщину утеплителя (при необходимости).

Основные теоретические сведения.

Суммарное сопротивление теплопередаче стены определяется по формуле:

(4.1)

где α_int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода года, Вт/(м²∙°C) [3];

α_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²∙°C), [2, таб. 7]; δ_i и λ_i – толщина, м, и расчетный коэффициент теплопроводности материала i-го слоя, Вт/(м∙ °C), принимаемый с учетом условий эксплуатации конструкции [3, прил. Д].

Приведенное сопротивление теплопередаче наружной неоднородной стены R, (м²∙°C)/Вт, определяем по формуле:

= ∙r, (4.2)

где – сопротивление теплопередаче i-го участка однородной ограждающей конструкции, (м²∙ °C)/Вт; r – коэффициент теплотехнической однородности [3, таб. 6].

В проектируемом здании защита обеспечена, если соблюдены требования показателей «а» и «б»:

«а» – теплотехническое требование, в соответствии с которым приведенное сопротивление теплопередаче отдельных отдельных элементов ограждающих конструкций должно быть не менее нормируемого значения.

«б» – санитарно-гигиеническое требование, в соответствии с которым расчетный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемого значения.

Соблюдение требования показателя «а» (теплотехническое) заключается в выполнении неравенства:

, (4.3)

где – требуемое сопротивление теплопередаче, (м²∙°C)/Вт, (нормируемое в соответствии с [2, таб. 4] в зависимости от градусо-суток отопительного периода D_d, °C∙сут, рассчитываемых по формуле

D_d=(t_в-t_от)∙Z_ht , (4.4)

Соблюдения требования показателя «б» (санитарно-гигиеническое) обеспечивается, если сопротивление теплопередаче ограждения имеется значение не менее R_reqII, (м²∙°C)/Вт, рассчитываемого по формуле:

R_reqII= , (4.5)

где – нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкций по отношению к наружному воздуху °C [2, табл. 6]; α_int, α_ext – см. формуле (1.1).

Необходимая толщина дополнительного слоя утеплителя δ_ут, м, рассчитывается по формуле

δ_ут=(-)∙λ_ут /r, (4.6)

где – приведенное сопротивление теплопередаче наружной неоднородной стены, (м²∙°C)/Вт; λ_ут – коэффициент теплопроводности утеплителя, (м²∙°C)/Вт.

Порядок выполнения работы.

В объект исследования (здание) назначается преподавателем. Используя нормативно-справочную литературу [1-3], выписать необходимые значения исходных данных для заданного района строительства и конструкций стены.

Используя формулы (1.1) и (1.2) определить приведенное сопротивление теплопередаче стены , (м²∙°C)/Вт. Рассчитать количество градусо-суток отопительного периода D_d, °C∙сут, по формуле (1.4).

Найти требуемое сопротивление теплопередаче стены для рассчитанного количества градусо-суток отопительного периода R_{req I} [2, табл 4].

По формуле (1.5) рассчитать требуемое сопротивление теплопередаче R_reqII. Сравнить приведенное сопротивление теплопередаче с большим из значений R_reqI и R_reqII. Если величина меньше требуемых значений R_{req I} и R_reqII, то вычислить необходимую толщину утеплителя δ_ут по формуле (4.6).

Лабораторная работа № 5