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

Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление, 2002

.pdf
Скачиваний:
5812
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
13.85 Mб
Скачать

При необходимости определения теплопотерь через внутренние ограждения их площади берутся по внутреннему обмеру.

Основные теплопотери через ограждения, подсчитанные по формуле (2.2) при βi = 0, часто оказываются меньше действительных теплопотерь, так как при этом не учитывается влияние на процесс теплопередачи некоторых факторов. Потери теплоты могут заметно изменяться под влиянием инфильтрации и эксфильтрации воздуха через толщу ограждений и щели в них, а также под действием облучения солнцем и "отрицательного" излучения внешней поверхности ограждений в сторону небосвода. Теплопотери помещения в целом могут возрасти за счет изменения температуры по высоте, врывания холодного воздуха через открываемые проемы и пр.

Эти дополнительные потери теплоты обычно учитывают добавками к основным теплопотерям. Величина добавок и условное их деление по определяющим факторам следующее.

Добавка на ориентацию по странам света (сторонам горизонта)

делается на все наружные вертикальные и наклонные (их проекция на вертикаль) ограждения. Величины добавок берутся в соответствии со схемой на рис. 2.1. Для общественных, административно-бытовых и производственных зданий при наличии в помещении двух и более наружных стен добавки на ориентацию по сторонам горизонта на все указанные выше ограждения увеличиваются на 0,05, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад, или на 0,1 - в других случаях. В типовых проектах эти добавки принимаются в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 при двух и более стенах в помещении (кроме жилых), а во всех жилых помещениях - 0,13.

Для горизонтально расположенных ограждений добавка в размере 0,05 вводится только для не обогреваемых полов первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха минус 40 °С и ниже, с

Рис. 2.1. Схема распределения добавок к основным теплопотерям на ориентацию наружных ограждений по странам света (сторонам горизонта)

Добавка на врывание холодного воздуха через наружные двери (не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами) при их кратковременном открывании при высоте здания Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра

31

вытяжных отверстий фонаря или устья вентиляционной шахты принимается: для тройных дверей с двумя тамбурами между ними в размере βi=0,2H, для двойных дверей с тамбурами между ними - 0,27Н, для двойных дверей без тамбура - 0,34Н, для одинарных дверей - 0,22Н. Для наружных ворот при отсутствии тамбура и воздушно-тепловых завес добавка равна 3, при наличии тамбура у ворот -1. Указанные выше добавки не относятся к летним и запасным наружным дверям и воротам.

Ранее нормами предусматривалась добавка на высоту для помещений высотой более 4 м, равная 0,02 на каждый метр высоты стен сверх 4 м, но не более 0,15. Эта надбавка учитывала увеличение теплопотерь в верхней части помещения, так как температура воздуха возрастает с высотой. Позднее это требование было исключено из норм. Теперь в высоких помещениях необходимо делать специальный расчет распределения температуры по высоте, в соответствии с которым и определяются теплопотери через стены и покрытия. В лестничных клетках изменение температуры по высоте не учитывается.

Пример 2.1. Рассчитаем теплопотери через ограждения помещений двухэтажного здания общежития, расположенного в Москве (рис. 2.2). Расчетная температура наружного воздуха для отопления tH 5=-26 °С.

Коэффициенты теплопередачи наружных ограждений к, Вт/(м2·°С), определенные теплотехническим расчетом, а также по нормативным или справочным данным, принимаем равными: для наружных стен (Не) - 1,02; для чердачного перекрытия (Пт) - 0,78; для окон с двойным остеклением в деревянных переплетах (До) -2,38; для наружных двойных деревянных дверей без тамбура (Нд) - 2,33; для внутренних стен лестничной клетки (Вс) - 1,23; для одинарной внутренней двери из лестничной клетки в коридоры (Вд) - 2,07.

Рис. 2.2. План и разрез помещений здания общежития (к примерам 2.1, 2.2 и 2.3)

Полы первого этажа (Пл) выполнены на лагах. Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки RBп=0,172, м2·°С/Вт, толщина дощатого настила 5 = 0,04 м с теплопроводностью Х=0,175 Вт/(м·°С). Термическое сопротивление утепляющих слоев конструкции пола равно:

Теплопотери через пол на лагах определяются по зонам. Условное сопротивление теплопередаче, м2·°С/Вт, и коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·°С), для I и II зон:

32

Для не утепленного пола лестничной клетки

Теплопотери через отдельные ограждения рассчитываем по формуле (2.2). Расчет сведен в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Расчет теплопотерь помещений

Примечания.

1. В графе 7 коэффициент теплопередачи для окон определен как разность коэффици-

33

ентов теплопередачи окна и наружной стены, но при этом площадь окна не вычитается из площади стены.

2.Теплопотери через наружную дверь определены отдельно (из площади стены исключается площадь двери, так как добавка "на врывание наружного воздуха через дверь" относится к основным теплопотерям через закрытую дверь).

3.В графе 14 приведены расчетные теплопотери на нагревание инфильтрующегося воздуха (см. пример 2. 2).

4.Теплопотери помещения в целом (графа 15) определены как сумма теплопотерь через ограждения и на нагревание инфильтрующегося воздуха.

§2.3. Потери теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха

Добавки к основным теплопотерям на врывание воздуха через наружные двери и ворота здания (см. § 2.2) приближенно учитывают затраты теплоты на инфильтрацию, и учет только их в производственных и многоэтажных зданиях оказывается недостаточным.

В подобных зданиях расход теплоты на нагревание холодного воздуха, поступающего через притворы окон, фонарей, дверей, ворот, составляет 30...40 % и более от основных теплопотерь. Учитывая столь большую величину этих потерь, при расчете теплопотерь многоэтажных зданий делают специальные расчеты затрат теплоты на нагревание поступающего в помещение холодного наружного воздуха.

Количество наружного воздуха, поступающего в помещение в результате инфильтрации, зависит от конструктивно-планировочного решения здания, направления и скорости ветра, температуры воздуха, герметичности конструкций и особенно длины и вида притворов открывающихся окон, фонарей, дверей и ворот.

Общий процесс обмена воздухом между помещениями и с наружным воздухом, который происходит под действием естественных сил и работы искусственных побудителей движения воздуха, называют воздушным режимом здания. Воздухообмен происходит через все воздухопроницаемые элементы (притворы, стыки, вентиляционные каналы и пр.) под действием разности давления, поэтому расчет воздушного режима сводится к рассмотрению аэродинамической системы с определенным образом заданными граничными условиями. Решение этой задачи рассматривается в курсах "Теоретические основы создания микроклимата в помещении" и "Вентиляция".

При определении теплозатрат на нагревание наружного воздуха при инфильтрации расчет воздушного режима здания может быть упрощен. Задача инженерного расчета сводится, прежде всего, к определению суммарного расхода инфильтрующегося воздуха 2Д, кг/ч, через отдельные ограждающие конструкции помещения, который зависит от вида и характера не плотностей в наружных ограждениях и определяется по формуле

где обозначения с индексом 1 относятся к окнам, балконным дверям и фонарям; с индексом 2 - к дверям, воротам и открытым проемам; с индексом 3 - к стыкам стеновых панелей (эта составляющая учитывается только для жилых зданий); А - площадь ограждения, м2; 13 -длина стыков панелей, м; RM - сопротивление воздухопроницанию соответствующего

ограждения, м2·ч-Пап/кг для RH,1 и RH,2 или м·ч·Па/кг для Ки3 (показатель степени п, равный 1, 1/2 или 2/3, характеризует различный аэродинамический режим фильтрации возду-

ха, соответственно ламинарный - через стыки панелей, турбулентный - через двери и открытые проемы, смешанный - через не плотности окон); р - перепад давления на поверх-

34

ности соответствующих ограждений на уровне расположения воздухопроницаемого элемента, Па; 0,21 - числовой коэффициент, учитывающий перепад давления р0=10 Па, при котором определяются расчетные значения RH1 (0,21=1/102/3).

Фактические значение сопротивления воздухопроницанию наружных ограждений RH определяются по действующим СНиП [2] или по данным организации-изготовителя.

Расчетная разность давления Δpi, Па, в общем случае определяется величиной гравитаци- онно-ветрового давления и работой вентиляции

где Н - высота здания от поверхности земли до верха карниза или вытяжных отверстий шахт (фонаря), м; hi - расстояние от поверхности земли до верха окон, дверей и проемов или до середины стыков панелей, м; g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения; рн, рв - плотность, соответственно, наружного и внутреннего воздуха, кг/м3, определяемая по специальным таблицам или в зависимости от температуры воздуха t по формуле р = 353 / (273 + t); VH - расчетная скорость ветра, м/с; k - коэффициент, учитывающий изменение скоростного давления ветра по высоте здания, принимаемый по СНиП "Нагрузки и воздействия"; сн, С3 - аэродинамические коэффициенты на, соответственно, наветренной и заветренной сторонах здания (там же); р0 - условное давление в помещении, Па, от уровня которого отсчитаны первое и второе слагаемые формулы (2.5).

Для помещений (зданий) со сбалансированной вентиляцией (вентиляционная вытяжка полностью компенсируется подогретым притоком воздуха) или при отсутствии организованной вентиляции условное давление р0, Па, принимается равным наибольшему избыточному давлению в верхней точке заветренной стороны здания, обусловленному действием гравитационного и ветрового давления, т.е.

Вычисленное значение р0 принимается постоянным для всего здания, в лестничной клетке, в непосредственно соединенных с ней коридорах, а также в отдельных помещениях при свободном перетекании воздуха из помещения в коридоры. В случае герметизации внутренних дверей условное давление в отдельных помещениях определяется из уравнения воздушного баланса помещения.

Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха QH, Вт, определяется по формуле

где с - массовая теплоемкость наружного воздуха, принимая равной 1 кДж/(кг°С); tB, tH - расчетная температура соответственно внутреннего и наружного воздуха (tH = 1н 5); Р - коэффициент, учитывающий нагревание инфильтрующегося воздуха в ограждении встречным тепловым потоком (экономайзерный эффект), равный: 0,7 -для стыков панелей и окон с тройными переплетами, 0,8 - для окон и балконных дверей с раздельными переплетами и 1,0 - для окон с одинарными и спаренными переплетами; 0,28 - числовой коэффициент, приводящий в соответствие принятые размерности расхода воздуха, кг/ч, и тепло-

вого потока, Вт (0,28=1005/3600).

35

В жилых и общественных зданиях только с вытяжной вентиляцией (без компенсации подогретым притоком воздуха) расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха определяется двумя путями.

Сначала определяют расход теплоты Qвeнт, Вт, на нагревание наружного воздуха, компенсирующего расчетный расход воздуха Lвент, м3/ч, удаляемого из помещения вытяжной вентиляцией, по формуле

Для жилых зданий удельный расход воздуха нормируется в размере 3 м3/ч на 1 м2 площади жилых помещений и кухни. В общественных зданиях он должен определяться расчетом воздухообмена в помещениях.

Затем рассчитывается расход теплоты Qн по формуле (2.7) из условия нагревания инфильтрующегося через наружные ограждения воздуха при отсутствии вентиляции.

За расчетное принимается большее из полученных значений. Подобное сопоставление особенно актуально в современных условиях, когда с одной стороны в действующих нормах [2] снижено требуемое значение воздухопроницаемости окон, с другой стороны, современные их конструкции имеют очень большое сопротивление воздухопроницанию.

Для всех зданий с другим назначением (кроме жилых и общественных с естественной вытяжной вентиляцией) QH определяется только одним путем - расчетом по формуле (2.7).

Пример 2.2. Рассчитаем расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях общежития, рассмотренного в примере 2.1. Жилые помещения оборудованы естественной вытяжной вентиляцией с нормативным воздухообменом 3 м3/ч на 1 м2 площади пола.

Определяем расход теплоты на нагревание вентиляционного воздуха по формуле (2.8):

для угловых помещений (№ 101, 201)

для рядовых помещений (№ 102, 202)

Инфильтрационные теплопотери для жилых комнат в результате действия только гравитационного и ветрового давления (расчетная скорость ветра для Москвы vH=4 м/с) рассчитываем в такой последовательности.

Определяем условное давление в лестничной клетке и в примыкающих к ней коридорах по формуле (2.6):

36

Вычисляем условное давление на внешней поверхности наружных ограждений р, равное двум первым слагаемым формулы (2.5) (плотность внутреннего воздуха принимаем по наиболее представительной рядовой жилой комнате при tB=18 °С):

для помещений первого этажа

для помещений второго этажа

Сопротивление воздухопроницанию ограждений принимаем по результатам проверочного расчета воздухопоницаемости в соответствии с требованиями СниП [2] и по справочным данным: для заполнения оконных проемов RHi=0,13 м2·ч·Па2/3/кг (спаренный переплет); для внутренних дверей RH,2=0,3 м2·ч·Па1/2/кг.

Определяем условное давление в помещениях рх из уравнения воздушного баланса при условии перетекания инфильтрующегося через окно воздуха в коридоры и при отсутствии вентиляции

откуда при площади окна A1=l,8 м2 и внутренней двери А2=1,98 м2 имеем: для помещений первого этажа рх л =13,9 Па, для помещений второго этажа рх2=12,2 Па.

Полученные значения давлений незначительно отличаются от условного давления в лестничной клетке и для данного примера могут быть приняты равными последнему. Однако в других случаях, особенно в многоэтажных зданиях, различие может быть существенным.

Вычисляем расчетную разность давления по формуле (2.5):

для помещений первого этажа

Отрицательное значение р2 свидетельствует не об инфильтрации, а об экс-фильтрации внутреннего воздуха через не плотности ограждений (при отсутствии вентиляции).

Определяем расход воздуха, инфильтрующегося через окна помещений первого этажа (первое слагаемое формулы (2.4)):

37

Последняя величина - удельный расход инфильтрующегося воздуха не превышает допускаемой СНиП [2] воздухопроницаемости окон (10 кг/( м2·ч)). В противном случае следовало бы заменить окно на конструкцию с более высоким сопротивлением воздухопроницанию.

Рассчитываем расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха по формуле

(2.7):

Так как Qвент>Qи, в качестве расчетных принимаем значение QBeHr как для помещений первого, так и второго этажа. Результат заносим в табл. 2.1 (колонка 14) примера 2.1.

В лестничной клетке инфильтрация осуществляется через не плотности наружной двери (Ки2=0,14 м2·ч·Па1/2/кг) и окно (RH i =0,13 м2·ч·Па2/3/кг, раздельный переплет). При высоте

от поверхности земли до верха окна 4,1 м, до верха наружной двери 2,2 м и условном давлении в лестничной клетке р0=11,72 Па расчетная разность давления в зоне наружной двери равна р1=7,63 Па, в зоне окна - р2=4,08 Па.

Расход инфильтрующегося воздуха через не плотности закрытой наружной двери и окна составит:

Полученный результат меньше величины дополнительных теплопотерь на врывание холодного воздуха при открывании наружной двери Q = 2,48-310 = 769 Вт (см. табл. 2.1 примера 2.1). Поэтому в качестве расчетных принимаем теплопотери лестничной клеткой в период времени с открытой наружной дверью.

§ 2.4. Учет прочих источников поступления и затрат теплоты

Кроме теплопотерь через ограждения и затрат теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха, в отапливаемых помещениях могут быть и другие источники поступлений и потерь теплоты. В производственных зданиях это могут быть тепловыделения от технологического оборудования, нагретых материалов и изделий, освещения, солнечной радиации, людей и затраты теплоты на испарение воды в мокрых цехах, на нагревание материалов, транспортных средств и пр., которые холодными поступают в помещение с улицы. Все перечисленные возможные составляющие теплового баланса рассматриваются при решении задачи ассимиляции избыточной теплоты или компенсации недостатка в теплоте, которую в производственном помещении чаще всего решает система вентиляции, совмещенная с отоплением. Поэтому их расчет рассматривается в курсах "Теоретические основы создания микроклимата в помещении" и "Вентиляция".

В общественных и административно-бытовых зданиях зимой, когда работает система центрального отопления, также возможны как теплопоступления от людей, солнечной радиации, освещения и работающего электрооборудования, так и дополнительные затраты теплоты на нагревание материалов, одежды и пр. Эти составляющие теплового баланса обычно учитываются при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха, без которых в настоящее время не обходится практически ни одно подобное здание. Если в помещении не предусмотрены другие, помимо отопительной, системы кондицио-

38

нирования микроклимата, то указанные дополнительные источники должны быть учтены при определении расчетной мощности системы отопления.

При проектировании системы отопления жилого здания согласно СНиП учет дополнительных (бытовых) теплопоступлений в комнатах и кухне нормируется величиной не менее Qбыт = 10 Вт на 1 м2 площади квартиры, которая вычитается из расчетных теплопотерь этих помещений.

Если в здании предусмотрена система дежурного отопления, функционирующая в нерабочее время, ее расчетная мощность учитывает только теплопотери через ограждения и на нагревание инфильтрующегося воздуха. Температура внутреннего воздуха при этом принимается, как правило, ниже расчетной (от 5 до 15 °С в зависимости от назначения помещения).

§ 2.5. Определение расчетной тепловой мощности системы отопления

Отопительный прибор предназначен для компенсации дефицита теплоты в помещении. Использование приборов той или иной конструкции и их размещение в помещении не должны приводить к заметному перерасходу теплоты. Показателем, оценивающим эти свойства, является отопительный эффект прибора, который показывает отношение количества фактически затрачиваемой прибором теплоты для создания в помещении заданных условий теплового комфорта к расчетным потерям теплоты помещением.

Считается, что наилучшим отопительным эффектом обладают панельно-лучистые приборы, установленные в верхней зоне помещения или встроенные в конструкцию потолка. Отопительный эффект таких приборов равен 0,9...0,95, т.е. теплоотдача потолочных панелей может быть даже несколько ниже расчетных теплопотерь помещения без ухудшения комфортности внутренних условий. Отопительный эффект панели, расположенной в конструкции пола, около 1,0. Однако подоконная панель, встроенная в конструкцию наружной стены, может иметь заметные бесполезные потери теплоты и ее отопительный эффект снижается до 1,1.

Наиболее распространенные приборы - секционные или панельные радиаторы устанавливают обычно около поверхности наружной стены. Заприборная поверхность стены при этом перегревается, и через нее бесполезно теряется некоторое количество теплоты. В результате отопительный эффект радиаторов оценивают величиной 1,04... 1,06. В этом отношении более эффективными оказываются конвекторы, располагаемые вдоль наружной стены. Отопительный эффект, например, плинтусного конвектора около 1,03. В целом в зависимости от вида прибора и способа его установки у наружного ограждения эта величина может изменяться от 1,02 до 1,1.

Выпускаемые промышленностью отопительные приборы обычно имеют определенный шаг номенклатурного ряда. При определении установочной площади теплоотдающей поверхности прибора число его элементов (например, количество секций радиатора) или его длину (например, для панельных радиаторов или конвекторов) округляют, чаще всего, в большую сторону. Связанное с этим увеличение теплового потока в зависимости от теплоотдачи отдельного элемента прибора может менять его отопительный эффект от 1,02 до

1,1.

Кроме потерь, связанных с конструкцией или размещением отопительных приборов, в системе отопления возникают бесполезные, приводящие к попутному охлаждению теплоно-

39

сителя, потери теплоты трубами, встроенными в конструкции наружных ограждений, а также проложенными в не отапливаемых помещениях здания.

Так как все указанные выше дополнительные потери теплоты неизбежны и всегда существуют, нормами предлагается учитывать их в виде дополнительных коэффициентов при определении окончательной расчетной тепловой мощности системы отопления Qот, Вт, для конкретного помещения или системы в целом по формуле вида

где ΔQ - расчетный дефицит теплоты в помещении, Вт, определяемый по формуле (2.1) (Z

-при определении тепловой мощности отопления здания в целом); k - поправочный коэффициент, учитывающий (при определении тепловой мощности системы отопления в целом) дополнительные теплопотери, связанные с охлаждением теплоносителя в магистралях, проходящих в не отапливаемых помещениях (при прокладке обеих магистралей в техподполье или подвале k=l,03; при прокладке одной из магистралей на чердаке k=l,l); β1

-коэффициент учета дополнительного теплового потока отопительных приборов за счет

округления их площади сверх расчетной величины; β2 - коэффициент учета дополнительных потерь теплоты приборами, расположенными у наружных ограждений.

Согласно СНиП [1] суммарная величина дополнительных теплопотерь должна быть не более 7 % тепловой мощности системы отопления. В связи с этим при определении мощности системы отопления и отсутствии необходимых данных для выбора указанных выше коэффициентов их произведение принимают равным допустимой величине, т.е. kβ1β2=l,07.

Пример 2.3. Определим расчетную тепловую мощность для отопления помещений общежития, изображенных на рис. 2.2. Конструкцию и способ установки отопительных приборов принимаем соответствующими коэффициентам β1=1,04 и β2=l,03(k=l,0).

Расчетная тепловая мощность определяется величиной теплопотерь помещений в целом (см. табл. 2.1) за вычетом бытовых теплопоступлений Qбыт (см.§2.4).

Расчет тепловой мощности проведен по формуле (2.9) и сведен в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Расчет тепловой мощности для отопления помещений (к примеру 2.3)

40