3. Расчёт теплового баланса помещений

Система отопления предназначена для создания в помещениях здания температурной обстановки, соответствующей комфортной для человека или отвечающей требованиям технологического процесса.

Для компенсации теплопотерь и обеспечения необходимой температурной обстановки в помещении устраивают системы отопления. Для определения тепловой мощности системы отопления помещений жилого здания составляют тепловой баланс расходов теплоты Q_потери и поступлений теплоты Q_пост в виде:

Q_co = Q_потери – Q_пост , (5)

Q_co = Q_огр + Q_{вент(инф )} – Q_быт , (6)

где Q_огр – суммарные потери теплоты через ограждающие конструкции, Вт;

Q_вент – расход теплоты на нагревание наружного воздуха при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемой притоком подогретого воздуха, Вт;

Q_инф – расход теплоты на нагревание инфильтрационного воздуха, Вт;

Q_быт – бытовые поступления теплоты, Вт.

Тепловой баланс составляют для всех помещений здания: жилых комнат, кухонь, лестничных клеток, ванных комнат и санузлов с наружными ограждающими конструкциями. Все помещения здания следует поэтажно пронумеровать: 1 этаж – 101, 102 и т. д., 2 этаж – 201, 202 и т. д.

Подсобные помещения квартир (коридоры квартир) можно условно отнести к смежным помещениям. Отопление ванных комнат предполагается от полотенцесушителей системы горячего водоснабжения.

3.1. Потери теплоты за счет теплопередачи (трансмиссионные теплопотери) Q_огр, Вт, рассчитываются для каждого наружного ограждения помещения отдельно по формуле:

Q_огр = АК(t_в – t_н)(1 + ∑β)n , (7)

где А – расчётная площадь ограждающей конструкции, м², определяемая правилами обмера согласно рисунка1 данных методических указаний;

К – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, принимают из таблицы 2, Вт/(м²· ^°С);

t_в – расчётная температура воздуха в помещении, принимаемая по таблице 1 ГОСТ 30494 и равная минимальному значению оптимальной температуры;

t_н – расчётная температура наружного воздуха, ^оС, таблица 1;

∑β – добавочные теплопотери в долях от основных потерь;

n – коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху из таблицы 3 .

Трансмиссионные теплопотери помещения определяют, суммируя потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции с округлением до 10 Вт.

Рис.1. Правила обмера ограждающих конструкций:

а – разрез здания с чердачным перекрытием; б – разрез здания с совмещённым покрытием;

в – план здания; 1 – пол над подвалом; 2 – пол на лагах; 3 – пол на грунте.

При подсчете потерь теплоты по формуле (7) площадь отдельных ограждений А, м², определяется с соблюдением правил обмера [2].

1. Площадь окон (о), балконных дверей (бд) и входных дверей (вд) измеряют по наименьшему строительному проему.

2. Площадь потолка (пвэ) и пола (пл) измеряют между осями внутренних стен и внутренней поверхностью наружной стены.

3. Площадь наружных стен (нс) измеряют:

– в плане – по наружному периметру между осями внутренних стен и наружным углом стены;

– по высоте – на всех этажах, кроме нижнего: от уровня чистого пола до пола следующего этажа. На последнем этаже верх наружной стены совпадает с верхом покрытия или перекрытия. На нижнем этаже в зависимости от конструкции пола:

а) от внутренней поверхности пола по грунту;

б) от поверхности подготовки под конструкцию пола на лагах;

в) от нижней грани перекрытия над неотапливаемым подпольем или подвалом.

4. При определении теплопотерь через внутренние стены их площади обмеряют по внутреннему периметру.

Потери теплоты через внутренние ограждающие конструкции помещений допускается не учитывать, если разность температур воздуха в этих помещениях равна или менее 3°С [6].

Добавочные теплопотери через ограждения, выраженные коэффициентом β, подразделяют на несколько видов.

1) Добавка на ориентацию ограждения по сторонам света принимается для всех наружных вертикальных ограждений. Для северной, северо-восточной, северо-западной, восточной ориентацией β1 = 0,1; юго-восточной и западной β1 = 0,05; южной и юго-западной β1 = 0.

2) Добавка β2 = 0,05 вводится для необогреваемого пола первого этажа над холодным подпольем здания в местности с расчётной температурой наружного воздуха минус 40ºС и ниже.

3) Добавка на угловое помещение, имеющее две и более наружных стен. В угловом помещении жилого дома температуру внутреннего воздуха принимают на 2ºС выше, чем в рядовом помещении. В здании другого назначения увеличенные теплопотери учитываются коэффициентом β3 = 0,05 к основным теплопотерям вертикальных наружных ограждений.

4) Добавка на врывание холодного воздуха через наружные двери здания, не оборудованные воздушно-тепловой завесой, при их кратковременном открытии, прибавляется к основным теплопотерям дверей. В здании высотой Н для тройных дверей с двумя тамбурами β4 = 0,2·Н, для двойных дверей с тамбуром β4 = 0,27·Н, для двойных дверей без тамбура β4 = 0,34·Н, для одинарных дверей β4 = 0,22·Н.

Таблица 3 – Коэффициент положения ограждения относительно наружного

воздуха

Ограждение	Коэффициент n
Наружная стена, перекрытие над проездами и холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно – климатической зоне)	1
Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом, чердачное перекрытие	0,9
Перекрытие над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах	0,75
Перекрытие над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли	0,6
Перекрытие над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных ниже уровня земли	0,4

3.2. Воздухообмен в жилых помещениях организуется на основе естественного поступления наружного воздуха за счёт проветривания и поступления воздуха через неплотности в светопрозрачных конструкциях. Первый вариант называется естественной вентиляцией и проводится проветриванием с использованием форточек и воздушных клапанов. Второй вариант ‑ инфильтрацией. При использовании пластиковых окон величина инфильтрационного воздуха мала и не сопоставима с санитарной нормой. Расчёт инфильтрации следует проводить при деревянных рамах в раздельных переплётах старой конструкции. Удаление загрязнённого воздуха из жилых комнат предусматривается из кухни и санузла посредством естественной вытяжной канальной вентиляции. Расход вентиляционного воздуха из жилых комнат рассчитывается по норме 3 м³/ч на 1 м² площади пола.

3.2.1. Расход теплоты на нагрев воздуха естественной вентиляции Qвент, Вт, определяется по формуле:

Qвент = 0.28·L_{n ·}ρ·с·(t_в – t_н), (8)

где L_n – расход удаляемого воздуха, м³/ч, равный L_n = 3·А_n , здесь А_n – площадь пола помещения, м²;

ρ – плотность воздуха в помещении, 1,2 кг/м³;

с – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/кг⁰С;

t_в, t_н – то же, что в формуле (7).

3.2.2. Расход теплоты на нагревание инфильтрационного воздуха

Qинф, Вт, следует определять по формуле:

Q_инф = 0,28 ∑G_i·с(t_в – t_н), (9)

где ∑G_i – расход инфильтрационного воздуха, кг/ч.

Расход инфильтрационного воздуха, кг/ч, определяемый по формуле:

, (10)

где 1, 2 ‑ индексы 1 относятся к окнам, балконным дверям; 2 ‑ к наружным дверям лестничной клетки;

А ‑ площадь ограждения, м²;

К ‑ коэффициент, учитывающий нагревание инфильтрационного воздуха в ограждении, встречным тепловым потоком:

К₁ = 0,7 ‑ для окон и балконных дверей с тройными раздельными переплётами;

К₁ = 0,8 ‑ для окон и балконных дверей с двойными раздельными переплётами;

К₁ = 0,9 ‑ для окон и балконных дверей со спаренными переплётами;

К₁ = 1 ‑ для окон и балконных дверей с одинарными переплётами;

К₂ = 1 ‑ для входных наружных дверей;

R_u – сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций, м²·ч·Па/кг;

R_и,1 = 0,26 м²·Па^2/3/кг ‑ одинарное остекление или двойное остекление в деревянных спаренных переплётах;

R_и,1 = 0,38 м²·ч·Па^2/3/кг ‑ двойное остекление в раздельных деревянных переплётах;

R_и,1 = 0,56 м²·ч·Па^2/3/кг ‑ тройное остекление в раздельно-спаренных деревянных переплётах;

R_и,1 = 0,6-1,04 м²·ч·Па^2/3/кг – остекления в металлопластиковых переплётах;

R_и,2 = 0,14 м²·ч·Па^1/2/кг - наружные входные двери лестничной клетки;

ΔP_i – расчетная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждающей конструкции, Па, на расчётном этаже.

Разность давлений по разные стороны ограждающей воздухопроницаемой конструкции определяется по формуле:

, (11)

где Н – высота здания, м, от уровня отметки земли до верха вытяжной шахты;

h_i – расчётная высота, м, от уровня земли до центра окон, дверей;

–плотность, кг/м³, соответственно наружного воздуха и воздуха в помещении;

–скорость ветра, в январе, м/с;

–аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания принимаемые = 0,8 и= ‑ 0,6;

К – коэффициент учёта изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания, принимается по таблице 22 [2].

Пример расчета расхода теплоты, необходимого для нагрева инфильтрационного воздуха, приведен в методических указаниях к контрольной работе по дисциплине «Основы обеспечения микроклимата здания».

3.3. Бытовые теплопоступления в помещения жилых зданий от бытовых электрических приборов, электроосвещения и людей определяются по формуле:

Q_быт =q_в· А_{n ,} (12)

где q_в – удельные бытовые теплопоступления, Вт/м². Тепловой поток, поступающий в жилые комнаты и кухни жилых домов, при расчете тепловой мощности системы отопления следует принимать не менее 10 Вт на 1 м² пола, рассматриваемого помещения;

А_n – площадь пола комнаты или кухни, м².

3.4. Расчётные тепловые потери помещений Qрасч, Вт, жилого здания, оборудованного естественной вытяжной вентиляцией, определяются по следующим формулам:

‑ для жилой комнаты

Qрасч = Qогр + Qвент – Qбыт; (13)

‑ для кухни

Qрасч = Qогр + Qинф – Qбыт; (14)

- для лестничной клетки

Qрасч = Qогр + Qинф. (15)

Расчёт теплового баланса помещений здания выполняют в табличной форме.

Таблица 4 ‑ Расчёт теплового баланса помещений здания

№ наименование помещения, tр, оС	Ограждающие конструкции					Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции к, Вт/м2оС		Расчётная разность температур (tр-text), оС		поправочный коэффициент n		Добавочные потери теплоты
	наименование	ориентация	размеры a×b, м	Площадь А, м2							на ориентацию β1		на угловое помещение β2	на холодные полы β3	на наружные входные двери β4	1+Σβ
1	2	3	4	5	6		7		8		9		10	11	12	13

Продолжение таблицы 4

Теплопотери через ограждающие конструкции Qoгр, Вт	Суммарные тепловые потери через ограждающие конструкции Σ Qoгр, Вт	Расход теплоты на инфильтрацию Qвент., Вт	Расход теплоты на естественную вентиляцию Qвент., Вт	Бытовые теплопоступления Qбыт, Вт	Расчетные тепловые потери помещения Qрасч, Вт
14	15	16	17	18	19

∑Q_расч =