Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

водопостачання та водовыдведення / Інженерне обладнання будинків. Кравченко В. С., Садлій Л. А., Давидчук В. І

..pdf
Скачиваний:
1056
Добавлен:
12.02.2016
Размер:
20.06 Mб
Скачать

максимально допустимий перепад температур між температурою внутрішнього повітря і температурою внутрішньої поверхні огородження, 0С .

Основна умова теплотехнічного розрахунку зовнішніх огороджень будинку полягає в тому, що опір теплопередачі зовнішніх

огороджень R0ф повинен бути не менше нормованого опору теплопередачі Rн, тобто R0ф Rн .

Мал. 4.1. Зміна температури матеріалу в товщі огородження для стіни без утеплення і стіни з утепленням фасаду

При теплотехнічному розрахунку товщина основного шару огородження (цегли або бетону) задається. Розрахунком обчислюють товщину і підбирають матеріал шару теплоізоляції. Rн приймається з додатка 16 при розрахунковій температурі внутрішнього повітря 18 0С, при іншій температурі визначається за формулою:

Rн1 = (0,1+ 0,05tв )Rн .

(4.3)

Для визначення температури повітря неопалюваного приміщення

tвнп можна скористатись виразом:

 

tвнп = tв n(tв tз ),

(4.4)

де n – коефіцієнт, який приймається залежно від положення зовнішньої поверхні перекриття відносно зовнішнього повітря (додаток 25).

220

 

 

 

 

 

 

Для

 

теплоізоляції

 

δ1

δ2

δ3

δ4δ5

огороджень (стіни, стелі, даху,

 

підлоги)

використовуються

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

різноманітні

матеріали,

серед

 

 

 

 

 

яких: поліізол; пінобетон (плити

 

 

 

 

 

і

дрібняк);

пінополістирол

 

 

 

 

 

(пінопласт - плити марки ПСБ-

 

 

 

 

Q

С-15; ПСБ-С-25;

ПСБ-С-35);

 

 

 

 

 

стіропор, поліуретан (плити з

 

 

 

 

 

покриттям з алюмінієвої фольги

 

 

 

 

 

STEINOTHAN 100 для ізоляції

 

 

 

 

 

теплих підлог ванних кімнат та

 

 

 

 

 

інших

приміщень

з надмірною

 

 

 

 

 

вологою); скловата (рулонна і у

1

 

3

4

5

плитах

марки URSA з

різним

2

покриттям).

мінеральна

вата

 

Мал. 4.2. Схема конструкції

(плити) та інші.

 

 

 

 

 

 

:

 

На

поверхні

теплоізоля-

 

зовнішньої стіни будинку

 

 

 

Q – тепловий потік

 

 

ційних плит, які кріпляться до

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

основного

матеріалу

стіни,

влаштовується сітка (наприклад, із скловолокна), на яку наноситься

декоративна штукатурка різноманітного кольору (німецька фірма

CAPAROL пропонує вибір з 1162 кольорів на будь-який смак):

силікатна, мінеральна, акрилова, силіконова, або фасад

оздоблюється лицювальною плиткою під цеглу чи влаштовується

оздоблення з натурального каміння, алюмінієвого профілю.

 

При використанні утеплення фасаду із зовнішньої сторони

збільшується температура внутрішньої поверхні стіни, точка роси

виноситься за межі стіни, товща стіни зберігає тепло (мал. 4.1).

 

Для вікон, балконних дверей і ліхтарів потрібний опір

теплопередачі визначається за додатком 20.

 

 

 

 

Приклад 4.1. Визначити товщину шару утеплювача і коефіцієнт теплопередачі зовнішньої стіни житлового будинку (рис. 4.2), який будується в місті Дніпропетровську.

За температурою і вологістю приймаємо нормальний вологісний режим приміщень житлового будинку. Зона вологості району будівництва (додаток 15, рис. 1) – суха, а умови експлуатації зовнішньої стіни (додаток 18) – А.

Знаходимо (додаток 19) характеристики матеріалів конструкції зовнішньої стіни:

1.Вапняно-піщана штукатурка - ρ01 = 1600 кг/м3; δ1 = 0,02 м; λ1 = 0,7 Вт/(м·0С).

221

2.Кладка із цегли глиняної - ρ02 = 1800 кг/м3; δ2 = 0,51 м; λ2 = 0,7

Вт/(м·0С).

3.Плити пінополістирольні - ρ03 = 40 кг/м3; λ3 = 0,041 Вт/(м·0С); δх.

4.Сітка із скловолокна на клейовому розчині.

5.Штукатурка зі складного розчину - ρ05 = 1700 кг/м3; δ5 = 0,02 м; λ5 = 0,7 Вт/(м·0С), де ρ0 – густина сухого матеріалу; δ – товщина шару; λ – коефіцієнт теплопровідності матеріалу шару.

Визначаємо температурну зону, в якій знаходиться місто Дніпропетровськ, за кількістю градусо-діб опалювального періоду 3325

ІІ зона (додаток 14). Для цегляної повнотілої зовнішньої стіни з утеплювачем нормований термічний опір теплопередачі (додаток 16)

становить Rн=2,1 м2·0С/Вт.

 

1

 

+ δ i

 

1

 

 

 

 

З рівнянь R0ф = Rн і

 

R0ф =

 

+

= Rн , знайдемо товщину

шару утеплювача.

 

 

 

α в

 

λ i

 

α з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ x

 

 

 

 

 

 

 

R0ф =

1

 

+

0,02

+

0,51

+

 

+

0,02

+

1

= 2,1 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,7

0,7

 

0,041

0,7

23

8,7

 

 

 

 

 

 

 

 

звідки δx = 0,05 м – товщина утеплювача – плит пінополістирольних. Фактичний опір теплопередачі огородження становить R0ф=2,165

м2·0С/Вт. Коефіцієнт теплопередачі зовнішньої стіни:

K =

1

=

1

= 0,46Вт/(м2·0С).

Rф

2,165

 

0

 

 

 

4.3.Тепловий режим будинків

Ухолодну пору року приміщення втрачає тепло через зовнішні огородження, а також тепло витрачається на нагрівання холодного повітря, яке інфільтрується через нещільності в огородженнях, надходить через прорізи дверей, на нагрівання матеріалів, виробів, які холодними потрапляють у приміщення. З іншого боку, тепло надходить у приміщення від сонячної радіації, людей, нагрітого технологічного обладнання, джерел штучного освітлення, побутових приладів та ін.

Отже, тепловий баланс приміщення в загальному вигляді можна записати як:

Qсо = Qвтр Qнадх ,

(4.5)

де Qсо – дефіцит тепла, тобто розрахункова потужність системи опалення, Вт; ∑Qвтр – сумарні теплові втрати приміщеннями, Вт; ∑Qнадх - сумарні надходження тепла в приміщення, Вт, для житлових будинків приймаються із розрахунку 10 Вт на 1 м2 загальної площі і їх слід враховувати в цілому на систему опалення будинку [15].

222

Якщо в будинку, зазвичай виробничому, ∑Qнадх>∑Qвтр, то

надлишок тепла усувається, наприклад, роботою припливної

вентиляції.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розрахункові теплові втрати для житлових будинків визначаються

за формулою:

 

 

 

Qвтр = Qогор + Qвент ,

 

 

(4.6)

 

 

 

 

 

 

 

де ∑Qогор – сума втрат тепла через окремі огородження будинку,

Вт;

Qвент– втрати тепла на нагрівання вентиляційного повітря, Вт.

 

 

 

Втрати тепла через окремі огородження обчислюють за

формулою:

 

 

 

Qогор = KF(tв tз)n(1+ β ),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.7)

де K =

1Rф

-

коефіцієнт теплопередачі огородження, Вт/(м2·0С);

F

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

розрахункова площа огородження, м2 (мал. 4.3); tз – розрахункова

температура

зовнішнього

повітря,

приймається за додатком 14, або

 

 

 

 

 

 

температура

повітря

сусіднього

 

 

 

 

 

 

приміщення, якщо різниця між

 

 

 

 

 

 

температурами

 

сусідніх

 

 

 

 

 

 

приміщень більше 8 0С; ∑β

b

 

 

3

 

 

додаткові втрати тепла в частках

 

 

 

 

від

основних,

які

враховуються

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

[15]:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) для зовнішніх вертикальних і

b

 

 

2

 

 

похилих

 

 

огороджень,

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

орієнтованих на напрямки, звідки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в січні дує вітер зі швидкістю, що

 

 

 

1

1

 

перевищує

4,5

 

м/с

з

 

 

1

 

повторюваністю не

менше

15%

b

h

h’

h”

 

 

згідно додатка 14 ∑β = 0,05 при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

швидкості вітру до 5 м/с і ∑β =

 

 

 

 

 

 

0,10 при швидкості вітру 5 м/с і

 

 

 

 

 

 

більше;

 

при

 

типовому

 

 

l2

 

 

l3

проектуванні додаткові втрати ∑β

 

 

 

 

 

 

= 0,05 для всіх приміщень;

 

 

m1

 

 

m

б) для зовнішніх вертикальних і

1

 

 

похилих

огороджень

багатопо-

l a

 

 

n

 

 

верхових будинків - ∑β = 0,20 для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

першого і другого поверхів; 0,15 –

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для

третього;

0,10

для

Мал. 4.3. Схема обміру

четвертого поверху будинків з

кількістю

поверхів

16

і більше;

 

огороджень

для 10-15 – поверхових будинків

 

 

 

 

 

 

додаткові втрати ∑β = 0,10 для

першого, другого поверхів і 0,05 – для третього поверху.

 

 

 

 

223

Тепловтрати приміщення дорівнюють сумі втрат тепла через його зовнішні огородження, обчислені за формулою (4.7). Коефіцієнти теплопередачі K для підлоги на ґрунті визначають за умовними термічними опорами для окремих зон підлоги.

Передачу тепла з приміщення через конструкцію підлоги і товщу ґрунту під будинком можливо описати складними закономірностями. Але враховуючи порівняно невелику питому вагу тепловтрат через підлогу в загальних тепловтратах приміщення, для їх розрахунку використовують спрощену методику. Поверхню підлоги ділять на смуги шириною 2 м, паралельні зовнішнім стінам (мал. 4.4). Смуга, найближча до зовнішньої стіни, є зоною І, наступні дві смуги – зони ІІ і

ІІІ, а решта поверхні підлоги – ІV. Тепловтрати кожної зони обчислюють за формулою (4.7), приймаючи n=1. За величину R0 приймають умовний опір теплопередачі, який для неутепленої підлоги позначають Rнп і приймають рівним для І зони 2,15, для ІІ зони - 4,3, для ІІІ зони - 8,6 і для ІV зони - 14,2 м2·0С/Вт.

Якщо в конструкції підлоги на ґрунті є матеріали з теплопровідністю λ<1,16 Вт/(м·0С), то така підлога є утепленою, і тоді умовний опір теплопередачі відповідної зони утепленої підлоги Rуп дорівнює

Rуп = Rнп +

δ ут

,

(4.8)

 

 

λ ут

 

де δут і λут – товщини і теплопровідності матеріалу утеплювачів.

Тепловтрати через підлогу на лагах обчислюють також за зонами, тільки умовний опір теплопередачі кожної зони підлоги на лагах приймають рівним:

Rл = 1,18Rуп .

(4.9)

Поверхня ділянки підлоги в зоні І, що прилягає до зовнішнього кута, має підвищені тепловтрати, тому її площа розміром 2х2 м враховується при визначенні площі зони І двічі (на мал. 4.4 хрестоподібне штрихування).

Підземні частини зовнішніх стін розглядаються при розрахунку тепловтрат як продовження підлоги. Розбивку на смуги в цьому випадку роблять від верха підземної частини стін (мал. 4.4). Умовні опори теплопередачі для зон приймають як і для підлоги з утеплювачем, яким в даному випадку є шари конструкції стіни.

Кількість тепла на нагрівання вентиляційного повітря обчислюється для кожного опалюваного приміщення, яке має одне або більшу кількість вікон чи балконних дверей в зовнішніх стінах, виходячи із необхідності забезпечення підігріву опалювальними

224

приладами зовнішнього повітря у об’ємі однократного повітрообміну

за годину, за формулою:

 

 

 

 

 

 

 

Qвент = 0,337Fп h(tв tз ),

 

 

(4.10)

де Fп – площа підлоги приміщення, м2; h – висота приміщення від підлоги до

стелі, м, але не більше 3,5 м.

 

 

 

 

Витрати тепла Qвент для нагрівання зовнішнього повітря, яке

надходить у вхідні вестибулі і сходові клітини через зовнішні двері,

обчислюються за формулою:

= 0,7B(H + 0,8P)(tв tз ),

 

(4.11)

 

 

 

Qвент

 

де H – висота будинку, м; P – кількість мешканців у будинку, чол; B

коефіцієнт, що враховує кількість вхідних тамбурів. При одному тамбурі (двоє

дверей) B =1, при двох тамбурах (троє дверей) B = 0,6.

 

 

 

1

2

3

4

Рівень землі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

3

4

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мал. 4.4. Схема до визначення втрат тепла через підлогу і

 

 

стіни, заглиблені нижче рівня землі:

 

 

1 – перша зона; 2 – друга зона; 3 – третя зона; 4 – четверта зона

Приклад 4.2. Виконати розрахунок тепловтрат у кутовому приміщенні 1 поверху житлового будинку у м. Одесі. Приміщення має південну зовнішню стіну площею 14,3 м2 з вікном площею 2,16 м2, східну зовнішню стіну площею 13,5 м2 та підлогу площею 24,8 м2. Коефіцієнти теплопередачі зовнішніх стін K = 0,59 Вт/(м2·0С), вікна K = 2,9 Вт/(м2·0С), підвального перекриття K = 0,36 Вт/(м2·0С). Температура зовнішнього повітря для розрахунку системи опалення tз = -180С (додаток 14). Температура внутрішнього повітря для кутової житлової кімнати tв = 20 0С. Результати розрахунків за формулами (4.7) і (4.10) зведені в таблицю 4.1.

225

4.1. Розрахунок тепловтрат приміщення

приміщення№

приміщенняНазва tі

Зовнішні огородження

t(

n

/(Вт,Kм

Основнітепло- ,втратиQ

β

Q

Q

Q

Тепловтрати приміщенняQ, Вт

Назва

Орієнтація

ширина

 

довжина

 

FПлоща, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розміри, м

2

С

 

С

,

 

Вт ,

Вт ,

Вт ,

 

 

0

 

 

 

 

 

),

 

2

огор

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

0

 

·

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

огор

вент

побут

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

101

ж.к.,

зс

пд

5,5

 

3

 

14,3

38

1

0,59

320,6

0

320,6

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

пд

1,8

 

1,2

 

2,16

38

1

2,9

238,0

0

238,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зс

сх

4,5

 

3

 

13,5

38

1

0,59

302,7

0,1

333,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пл

-

5,5

 

4,5

 

24,8

38

0,4

0,36

135,7

-

135,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

857,5

248

 

Σ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1027,3

1636,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qвент

= 0,337 F h(tв tз ) = 0,337 24,8 2,7(20 − (−18)) = 857,5 Вт;

 

 

 

 

 

Q

 

= 10 F = 10 24,8 = 248 Вт;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

побут

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qприм = Qогор + Qвент Qпобут = 1027,3 + 857,5 − 248 = 1636,8 Вт.

4.4. Класифікація систем опалення

Системи опалення складаються з таких основних елементів:

джерела тепла, трубопроводів і опалювальних приладів.

Джерелом тепла можуть бути індивідуальні, дахові, групові або районні котельні, ТЕЦ. За допомогою трубопроводів теплоносій переміщається від місця вводу зовнішніх теплових мереж в будинок або джерела тепла, розташованого в будинку, до опалювальних приладів. Останні передають тепло від теплоносія до повітря приміщення.

Системи опалення поділяють на місцеві і центральні. До місцевих систем відносять системи, в яких усі основні елементи об’єднані в одному пристрої. Такими системами є печі, газове та електричне опалення. Радіус дії місцевих систем опалення обмежений одним або двома суміжними приміщеннями.

В центральних системах джерело тепла винесене за межі приміщень, які опалюються, або взагалі за межі будинку. Системи центрального опалення класифікуються за видом теплоносія, його температурою і тиском, способом його переміщення, передачею

226

тепла від зовнішньої поверхні опалювальних приладів до повітря приміщення і за прокладанням мереж.

Залежно від виду теплоносія системи центрального опалення можуть бути водяні, парові, повітряні і комбіновані. Комбіновані системи опалення характеризуються використанням декількох видів теплоносіїв або одного теплоносія з різними параметрами (наприклад, води з різними температурами). До цих систем відносять пароводяні, водоводяні і системи повітряного опалення: пароповітряні і водоповітряні.

Системи водяного опалення бувають низькотемпературні з температурами води до 100 0С і високотемпературні - вище 100 0С. Системи парового опалення розрізняють за величиною початкового тиску пари: вакуум-парові з тиском пари до 0,01 МПа, низького тиску - до 0,07 МПа і високого тиску - понад 0,07 МПа.

За способом переміщення теплоносія центральні системи опалення поділяють на системи з природною (гравітаційною) і

штучною (механічною) циркуляцією.

Природна циркуляція (рух) здійснюється за рахунок різниці густин охолодженої і гарячої води в системах водяного опалення, або охолодженого і нагрітого повітря в системах повітряного опалення. В системах парового опалення пара переміщається завдяки різниці тиску на початку і в кінці паропроводу (при виході пари з котла і перед опалювальним приладом).

Штучна (механічна) циркуляція здійснюється в системах водяного опалення циркуляційними насосами, а в системах повітряного опалення – вентиляторами.

Передача тепла від опалювальних приладів до повітря приміщення здійснюється шляхом конвекції або випромінювання, а також при поєднанні конвекції і випромінювання. Відповідно до цього найчастіше застосовують системи опалення конвективної і

променевої дії.

4.5.Системи водяного опалення

4.5.1.Класифікація систем водяного опалення

Системи водяного опалення завдяки високим санітарно-гігієнічним якостям, надійності і довговічності найпоширеніші у житлових, громадських і виробничих будинках. Системи водяного опалення поділяють:

1. За розташуванням подаючих трубопроводів: з верхнім і нижнім розведенням трубопроводів.

227

Система водяного опалення з верхнім розведенням і природною циркуляцією (мал. 4.5, а) працює таким чином. Вода з котла головними стояками потрапляє в подаючий магістральний трубопровід, а з нього - в подаючі стояки. Із стояків вода по підведеннях надходить в опалювальні прилади, в яких, охолоджуючись, віддає тепло повітрю приміщення і через зворотні підведення потрапляє у зворотні стояки, зворотний магістральний трубопровід і повертається в котел.

Мал. 4.5. Принципова схема системи водяного опалення з верхнім (а) і нижнім (б) розведенням і природною циркуляцією:

К – водогрійний котел; ОП – опалювальні прилади; РБ – розширювальний бак; 1 – регулювальні крани; 2 – подаючі стояки; 3 – подаючий магістральний трубопровід; 4 – зворотні відведення від опалювальних приладів; 5 – головний стояк; 6 – підведення до опалювальних приладів; 7 – зворотні стояки; 8 – зворотний магістральний трубопровід; 9 – дренажна труба; 10- з’єднання з водопроводом; 11 – повітряні лінії; 12 – повітряні крани

228

Система водяного опалення з нижнім розведенням і природною циркуляцією (мал. 4.5, б) отримала таку назву через розташування подаючого магістрального трубопроводу в нижній частині будинку (у підвалі, підпільному каналі, технічному підпіллі). Виконується така система за двома варіантами, які відрізняються схемами видалення повітря: з централізованим відведенням повітря через повітровідвідні труби (ліва частина схеми на мал. 4.5, б) і з відведенням повітря на кожному опалювальному приладі через повітряні крани (права частина схеми).

Повітровідвідні трубопроводи (діаметр 15 або 20 мм) забезпеччують транспортування повітря до розширювального баку, де воно видаляється із системи. Повітряні крани влаштовані таким чином, що пропускають при повному відкритті тільки повітря.

Розширювальний бак в обох схемах використовується для створення додаткової ємності, необхідної для компенсації розширення води при нагріванні, видалення повітря і підтримування гідростатичного тиску води в системі опалення.

2. За способом подачі і відведення теплоносія:

Двотрубні системи водяного опалення з природною і насосною циркуляцією характеризуються наявністю двох стояків (рис. 4.5). Одним із них, подаючому, вода надходить в опалювальні прилади, а іншим (зворотнім), вода, яка віддала тепло в опалювальних приладах, надходить в зворотний магістральний трубопровід і далі – в котел або тепловий пункт. Таким чином, різниця температур води на вході і виході з опалювальних приладів максимальна (приблизно дорівнює різниці температур води в подаючій і зворотній магістралях), а отже потрібна площа опалювальних приладів в цій системі менша порівняно з однотрубною системою водяного опалення.

Однотрубні системи водяного опалення (мал. 4.6) характеризуються наявністю тільки одного стояка; внаслідок чого гаряча вода проходить послідовно через декілька опалювальних приладів по вертикалі, а потім надходить в котел.

Частина води підведеннями потрапляє в опалювальні прилади, а частина перемичкою проходить повз них. Перемичка називається замикаючою ділянкою.

3. За напрямком руху води в магістральному подаючому і зворотному трубопроводах: тупикові і з попутним рухом води.

Усі приведені вище схеми систем опалення є тупиковими системами водяного опалення. Характерні ознаки тупикових систем – різний напрямок руху води в магістральних подаючому і зворотному трубопроводах і різна довжина циркуляційних кілець системи опалення. Циркуляційним кільцем називається замкнутий трубний

229