Розрахунок тепловтрат та теплонадходжень

 

Тепловтрати приміщень у житлових і цивільних будівлях складаються з тепловтрат через зовнішні захищення (стіни, вікна, підлоги, перекриття) і витрат теплоти на нагрівання повітря, що інфільтрується в приміщення через нещільність в конструкціях. У промислових будівлях враховують і інші втрати теплоти.
Розрахунок тепловтрат приміщення полягає у визначенні всіх сумарних тепловтрат через огороджувальні конструкції (зовнішні захищення) і для всіх опалювальних приміщень. Допускається не враховувати тепловтрати через внутрішні захищення, якщо різниця температур в приміщеннях, які вони поділяють,не перевищує 3^оС.

Розрахункові втрати теплоти, що покриваються системою опалення Qоп, Вт, визначаються на підставі теплового балансу приміщення: сумою втрат теплоти через огороджуючі конструкції (трансмісійні тепловтрати) ΣQог, витрати теплоти на підігрів вентиляційного повітря Qв, зменшеної на величину сумарних «побутових» тепловиділень Qпоб (1.1).

До «побутових» відносяться тепловиділення від електропобутових і освітлювальних приладів, приладів для приготування їжі, гарячого водопостачання і людей, що перебувають у квартирі:

Qоп = ΣQог + Qв – Qпоб, Вт

Qпоб ≈ 10 ・ Апр, Вт

Основні і додаткові втрати теплоти варто визначати, підсумовуючи втрати теплоти через окремі огороджуючі конструкції, Q, Вт, з округленням до 10 Вт для приміщень по формулі:

Qог= A/R ・ (tв-tз.5) ・ n ・ (1+Σβ), Вт, (1.2), де:

А - розрахункова площа огороджуючої конструкції, м2;

R - опір теплопередачі огороджуючої конструкції, м2·оС/Вт. Опір теплопередачі конструкції варто визначати по ДБН В.2.6-31-2013;

tв - розрахункова температура повітря, °С, у приміщенні з урахуванням підвищення її залежно від висоти для приміщень висотою більше 4 м;

tз.5 - розрахункова температура зовнішнього повітря для холодного періоду року при розрахунку втрат теплоти через зовнішні огородження або температура повітря більше холодного приміщення - при розрахунку втрат теплоти через внутрішні огородження;

n - коефіцієнт, прийнятий залежно від положення зовнішньої поверхні огороджуючих конструкцій стосовно зовнішнього повітря по ДБН В.2.6-31-2013;

Σβ - додаткові втрати теплоти в частках від основних тепловтрат, що враховують:

а) Для зовнішніх вертикальних і похилих огороджень, орієнтованих на напрямки, згідно СНиП 2.01.01-82, якщо в січні швидкість вітру перевищує 4,5 м/с із повторюваністю не менш 15%, у розмірі 0,05 і в розмірі 0,10 при швидкості 5 м/с і більше;

б) Для зовнішніх вертикальних і похилих огороджень багатоповерхових будинків у розмірі 0,2 - для першого і другого поверхів; 0,15 - для третього; 0,1 - для четвертого поверху будинків із числом поверхів 16 і більше; для 10-15 поверхових будинків додаткові втрати треба враховувати в розмірі 0,1 для першого і другого поверхів та 0,05 - для третього поверху.

Втрати теплоти Qв розраховуються для кожного опалювального приміщення, що має одне або більшу кількість вікон або балконних дверей у зовнішніх стінах, виходячи з необхідності забезпечення підігріву опалювальними приладами зовнішнього повітря в об’ємі однократного повітрообміну в годину по формулі:

Qв = 0,337 ・ Vпр ・ Кв ・ (tв – tз.5), Вт, (1.3), де:

Vпр – об’єм приміщення, м3;

Кв – кратність повітрообміну (для житлових приміщень – від 0,5 до 1).

Приміщення, з яких організована витяжна вентиляція з об’ємом витяжки, що перевищує однократний повітрообмін у годину, повинні, як правило, проектуватися із припливною вентиляцією підігрітим повітрям. При обґрунтуванні допускається забезпечувати підігрів зовнішнього повітря опалювальними приладами в окремих приміщеннях при об’ємі вентиляційного повітря, що не перевищує двох обмінів у годину.

У приміщеннях, для яких нормами проектування будинків установлений об’єм витяжки менше однократного повітрообміну в годину, величину Qв варто розраховувати як витрата теплоти на нагрівання повітря в об’ємі нормованого повітрообміну від температури tз до температури tв,°С.

Втрати теплоти Qв, кВт, на нагрівання зовнішнього повітря, що проникає у вхідні вестибюлі (холи) і сходові клітки через зовнішні двері, що відкриваються в холодний період року, при відсутності повітряно-теплових завіс, варто розраховувати по формулі:

Qв = 0,7 ・ B ・ (H + 0,8 ・ P) ・ (tв - tз.5) ・ 10-3, Вт, (1.4), де:

Н - висота будинку, м;

Р - кількість людей, що мешкають у будинку;

В - коефіцієнт, що враховує кількість вхідних тамбурів:

_ при одному тамбурі (двоє дверей) В = 1,0;

_ при двох тамбурах (троє дверей) В = 0,6.

Розрахунок теплоти на нагрівання зовнішнього повітря, що проникає через двері опалювальних незадимляємих сходових кліток з поповерховими виходами на лоджії, варто робити по формулі (2.4), при Р = 0, приймаючи для кожного поверху значення H, рівне відстані, м, від середини дверей поверху, що розраховує, до перекриття сходової клітки.

При розрахунку тепловтрат вхідних вестибюлів, сходових кліток і цехів з повітряно- тепловими завісами; приміщень, обладнаних діючою постійно протягом робочого часу припливною вентиляцією з підпором повітря, а також при розрахунку втрат теплоти через літні та запасні зовнішні двері і ворота величину Qв враховувати не слід.

Витрата інфільтруючого повітря в приміщенні Gi, кг/год, через нещільності зовнішніх огороджень варто визначати за формулою:

Gi = 0,216 ・ А1 ・ Δpi^0,67/Ru + A2 ・ GH ・ (Δpi/Δp1)^0,67 +

+ 3456 ・ ΣA3 ・ Δpi^0,5 + 0,5 Σl ・ Δpi /Δp1, (1.5), де:

A1, A2 - площі зовнішніх огороджуючих конструкцій, м2, відповідно світлових прорізів (вікон, балконних дверей, ліхтарів) та інших огороджень;

А3 - площа щілин, нещільностей і прорізів у зовнішніх огороджуючих конструкціях;

Δрi, Δр1 - розрахункова різниця між тисками на зовнішній і внутрішній поверхнях огороджуючих конструкцій відповідно на розрахунковому поверсі при Δрi = 10 Па;

Ru - опір повітропроникнення, м2·год·Па/кг, прийняте;

Gн - нормативна повітропроникність зовнішніх огороджуючих конструкцій кг/(м2·год);

l - довжина стиків стінових панелей, м.

Розрахункова різниця між тисками на зовнішній і внутрішній поверхнях кожної

огороджуючої конструкції Δрi, Па, приймається після визначення умовно-постійного тиску повітря в будинку рint, Па, (ототожнюється з тиском на внутрішніх поверхнях зовнішніх огороджуючих конструкцій), на основі рівності витрати повітря, що надходить у будинок ΣGi, кг/год, і видаляючого із нього ΣGext, кг/год, за рахунок теплового і вітрового тисків і дисбалансу витрат між подаваним і видаляючим повітрям системами вентиляції зі штучним спонуканням і витрачаємого на технологічні потреби.

Розрахункова різниця тисків Δрi визначається по формулі:

Δрi = (H - hi). (γi - γp) + 0,5ρi. ν2. (ce.n - ce.р). ki - pint, (1.6), де:

Н - висота будинку, м, від рівня середньої планувальної оцінки землі до верхукарниза, центра витяжних отворів ліхтаря або устя шахти;

hi - розрахункова висота, м, від рівня землі до верху вікон, балконних дверей, воріт, прорізів або до осі горизонтальних і середини вертикальних стиків стінових панелей;

γi, γp - питома вага, Н/м3, відповідно зовнішнього повітря і повітря в приміщенні, яка розраховується за формулою:

γ = 353/(273 + t) (1.7), де

ρi - густина зовнішнього повітря, кг/м3;

v - швидкість вітру, м/с, прийнята по обов’язковому додатку 8 і відповідно до п.3.2 [8];

с е.п, с е.р - аеродинамічні коефіцієнти відповідно для навітряної та підвітряної поверхонь огороджень будинків, прийняті по СНіП 2.01.07-85;

ki - коефіцієнт обліку зміни швидкісного тиску вітру залежно від висоти будинку, прийнята по СНіП 2.01.07-85;

pint - умовно-постійний тиск повітря в будинку, Па.

Максимальну витрату теплоти на нагрівання зовнішнього повітря варт враховувати для кожного приміщення при найбільш несприятливому для нього напрямку вітру. При розрахунку теплового навантаження будинку з автоматичним регулюванням витрату теплоти на інфільтрацію варто приймати при найбільш несприятливому напрямку вітру для всього будинку.

 

Визначення втрат тепла через підлогу

Втрати тепла із приміщення нижнього поверху через конструкцію підлоги є складним процесом. З огляду на невелику питому вагу тепловтрат через підлогу в загальних тепловтратах приміщення, застосовують спрощену методику розрахунку. Тепловтрати через підлогу, розташованій на ґрунті, розраховують по зонах. Розрахунковою зоною називається смуга шириною 2 м, паралельна зовнішній стіні. Смугу, найближчу до зовнішньої стіни, позначають першою зоною, наступні дві смуги - другою й третьою, а поверхню підлоги, що залишилася - четвертою зоною. Частина площі першої зони, що примикає до кута зовнішніх стін, вимірюють двічі (на рисунку цю площу показунють подвійним штрихуванням).

Тепловтрати через окремі зони підлоги визначають по формулі:

Q = A/R (tв – tз5), (1.8), де:

А - площа будь-якої зони, м2

R - опір теплопередачі конструкції підлоги цієї ж зони, м2・оC/Вт

Опір теплопередачі конструкції підлоги приймають:

а) для неутепленої підлоги на ґрунті (теплопровідність шарів -1,2 Вт/(м·оC) і більше):

_ для 2-метрової смуги, найближчої до зовнішніх стін (I зона)

RІ нп -2,1 м2・оС /Вт;

_ для наступної 2-метрової смуги (II зона)

RІІ нп. = 4,3 м2 ・ °С /Вт;

_ для третьої 2-метрової смуги (III зона)

RІІІ нп = 8,6 м2 ・ °С /Вт;

_ для іншої площі підлоги в глибині приміщень (IV зона)

RIV нп = 14,2 м2 ・ °С /Вт.

б) для утепленої підлоги на ґрунті (теплопровідність шарів менше 1,2 Вт/(м · K)) – для кожної із чотирьох зон Rі уп по формулі:

Rі уп = Rі нп. + δуп./λуп, (1.9), де:

δуп - товщина шару теплоїзоляції, м;

λуп - теплопровідність шару теплоїзоляції, Вт/м оС.

Тепловтрати через підлоги на лагах розраховуються також по зонах, тільки опір

теплопередачі кожної зони підлоги на лагах Rл приймається рівним

Rі л = 1,18 (Rі нп + Rуп) (1.10).

Тепловтрати через підземну частину зовнішніх стін визначають так само, як і тепловтрати через підлогу, тобто по зонах шириною 2 м. У цьому випадку розбивка на зони робиться від рівня землі по поверхні підземної частини стіни й далі по підлозі. Величини опору теплопередачі підраховуються по викладеному методі з урахуванням утеплюючих шарів принаявності їх у конструкції стін, заглиблених у землю.