Строительная теплофизика. Расчет теплопотерь помещений здания. Теплопотери помещения за счет теплопередачи через наружные ограждения

Раздел 2.

«Строительная теплофизика»

2. Строительная теплофизика.

2.1.  Расчет теплопотерь помещений здания

 Теплопотери помещения за счет теплопередачи через наружные ограждения определяются суммированием потерь тепла через каждое наружное ограждение, которые рассчитываются по формуле:

,  где:

k_i ^. F_i ^. (t_в – t_н) ^. n_i - основные теплопотери;

k_i - коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/См²;

F_i - площадь поверхности ограждения по наружному обмеру, м².

t_в - расчетная температура внутри помещения;

t_н  - температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92;

n_i - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, т.е. коэффициент, уменьшающий разность температур (t_в – t_н) для ограждений, не соприкасающихся с наружным воздухом:

- для наружных стен, окон, дверей, пола на грунте, бесчердачных покрытий - 1;

- для перекрытий над не отапливаемыми подвалами без световых проемов - 0,6;

- для чердачных перекрытий с кровлей из рулонных материалов - 0,9;

- для перекрытий над не отапливаемыми подвалами со световыми проемами - 0,75;

β - надбавка к основным теплопотерям:

- на ориентацию по сторонам света: З, С, СВ, СЗ, В – 0,1; З, ЮВ – 0,05; Ю, ЮЗ – 0.

- на угловые помещения  - 0,1 для каждого вертикального ограждения.

- на врывание в здание холодного воздуха.

Для дверей: - одинарных – 0,22Н.

- двойных с тамбуром между ними – 0,27Н.

- двойных без тамбура– 0,34Н.

Система отопления должна компенсировать теплопотери через ограждающие конструкции; теплопотери на нагревание наружного воздуха, проникающего через наружные двери, а также щели притворов окон и не открываемых зимой дверей; теплопотери на нагревание вносимой холодной одежды зимой или вносимых материалов и оборудования.

Расчет теплопотерь помещений здания сводим в таблицу № 2.2.4 «Теплопотери помещений здания».

 Расчет потерь теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха

Характеристика здания:

H=12,600 м – высота здания.

L=108 м – длина здания.

B=48 м – ширина здания.

H₁=3 м – высота от уровня земли до центра первого ряда окон .

H₂=7,2 м – высота от уровня земли до центра второго ряда окон .

H₃=9,6 м – высота от уровня земли до центра третьего ряда окон .

F_ост.1.=610 м² – площадь остекления южного фасада № 1 (Ю).

F_ост.2.=130  м² –   площадь остекления западного фасада № 2 (З).

F_ост.3.=545 м² – площадь остекления северного фасада № 3 (С).

F_ост.4.=130 м² – площадь остекления восточного фасада № 4 (В).

F₁=1360 м² – площадь фасада № 1

F₂=605 м² – площадь фасада № 2

F₃= 1360 м² – площадь фасада № 3

F₄= 605 м² – площадь фасада № 4

А_э = 0,7 – экономайзерный коэффициент.

С_н= 0,8 – аэродинамический коэффициент наветренного фасада С_з= -0,6 – аэродинамический коэффициент заветренного фасада.

С_б= -0,4 – аэродинамический коэффициент наветренного фасада.

Вычисляем давление воздуха снаружи и внутри здания на уровне земли:

ρ=353/(273+t)

ρ_н=353/(273-27)=1,43 кг/м³

ρ_в=353/(273+20)=1,225 кг/м³

Далее определим разность удельного веса воздуха снаружи и внутри здания:

Δγ=9,81×( ρ_н-ρ_в)=9,81×(1,43-1,225)=2,0 Н/м³

После этого найдем давление воздуха на уровне центра окон каждого этажа:

P_грав.i.= H×Δγ, Па

P_грав.1= 3×2,0= 6 Па

P_грав.2= 7,2×2,0= 14,4 Па

P_грав.3= 9,6×2,0= 19,2 Па

Вычислим избыточное ветровое  давление воздуха на  наветренном и боковых фасадах P_v. , Па

P_v.н.= (С_н-С_з) ×v² ×(ρ_н/2) = (0,6+0,8) ×5,9²×(1,43/2)= 34,8 Па

P_v.б.= (С_б-С_з) ×v²×(ρ_н/2) = (-0,4+0,6) ×5,9²×(1,43/2)= 5 Па

Принимаем направление ветра на фасад № 1

1. Вычислим избыточное давление воздуха в здании P_о., Па:

P_о= P_о.v + P_о.грав.

P_о.v = ( P_v.н. × F_ост.н.+ P_v.б.×( F_ост.б1.+ F_ост.б2.)/( F_ост.н.+ F_ост.б1.+ F_ост.б2.+ F_ост.з)=

= (34,8×610+5×(130+130))/(610 +130+130+545)= 16 Па

P_о.грав.= 0,5×P_v.н.=0,5×34,8=17,4 Па

P_о= 17,4+16 =33,4 Па

2. Определяем избыточное гравитационное давление с наветренной и боковой стороне здания на уровне центра окон каждого этажа:

P_.i.э.= (Н-Н_i) ×Δγ+ P_v.н. , Па

P_н.1э.= (12,6-3) ×2+34,8= 54 Па

P_н.2э.= (12,6-7,2) ×2+34,8= 45,6 Па

P_н.3э.= (12,6-9,6) ×2+34,8= 40,8 Па

P_б.1э.= (12,6-3) ×2+5= 24,2 Па

P_б.2э.= (12,6-7,2) ×2+5= 15,8 Па

P_б.3э.= (12,6-9,6) ×2+5= 11 Па

3. Вычислим расчетную разность давления с двух сторон окон на каждом этаже наветренного и боковых фасадов:

ΔP_i.э.= P_.i.э.- P_о, Па

ΔP_н.1э.= 54-33,4= 20,6 Па

ΔP_н.2э.= 45,6-33,4= 12,2 Па

ΔP_н.3э.= 40,8-33,4= 7,4 Па

ΔP_б.1э.= 24,2-33,4= -9,2 Па

ΔP_б.2э.= 15,8-33,4= -17,6 Па

ΔP_б.3э.= 11-33,4= -22,4 Па

Как видно из расчетов для боковых фасадов 1-го, 2-го и 3-ого этажа значение разности давления имеет отрицательную величину, следовательно, в дальнейших расчетах ими можно пренебречь.

4. Вычислим расход воздуха, проходящего через 1м² окна на каждом этаже:

g_инф.i.э.= (( ΔP_i.э./10)^0.67)/(R_инф.ок), кг/ч×м²

R_инф.ок= 0,54 м²×ч×Па/кг – сопротивление воздухопроницанию окна.

g_{инф.н.1э.}= ((20,6/10)^0.67)/0,54= 3,00 кг/ч×м²

g_{инф.н.2э.}= ((12,2/10)^0.67)/0,54= 2,1 кг/ч×м²

g_{инф.н.3э.}= ((7,4/10)^0.67)/0,54= 1,51 кг/ч×м²

5. Вычисляем поток тепла на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха:

q_инф.i.э.= 0,278 × g_инф.i.э.×c_в× (t_в-t_н) ×А_э, Вт/м²

c_в=1,005 кДж/кг×^оС – теплоемкость воздуха.

q_{инф.н.1э.}= 0,278×3,00×1,005×(15-(-27))×0,7= 24,6 Вт/м²

q_{инф.н.2э.}= 0,278×2,1×1,005×(15-(-27))×0,7= 17,25 Вт/м²

q_{инф.н.3э.}= 0,278×1,51×1,005×(15-(-27))×0,7= 12,4 Вт/м²

Далее повторяем расчет, принимая за наветренный фасад каждый из оставшихся трех.

После этого все расчеты сведем в таблицы.

Исходные данные для расчета инфильтрации:

Таблица 2.1.

Расчет удельных потерь теплоты  вследствие инфильтрации наружного воздуха:

Таблица 2.2.

Как видно из таблицы  g_инф.max = 3,8 кг/ч×м² < 5 кг/ч×м², следовательно выполняется условие пункта