Теплотехнический расчет наружных ограждений и расчет теплового режима здания

Требуется рассчитать амплитуду колебаний температуры помещения призаданной продолжительности натопа m=8 ч и перерыва n=4 ч, если температуранаружного воздуха +5оС.7.1.1.Определяем теплопотери помещения при заданной t H=5оСТеплоотдача отопительного прибора составляет:Чтобы в помещение в среднем за сутки теплопоступления от отопительного прибора были равны требуемой величине Q5, необходимо при отоплении пропусками соблюсти соотношение между продолжительностью топки и перерыва.При заданных двух топках период топок составляет m+n=T=24/2=12 ч, то есть :откуда . Принимаем продолжительность топки m=8 ч, а перерыва n=4 ч.7.1.2.Определяем коэффициенты теплоусвоения Yi внутренних поверхностей всех ограждений:- наружная стена: внутренний слой - штукатурка, толщиной 0,02 м, с термическим сопротивлением ШТ R ШТ=0,023 м2.оС/Вт, коэффициентом теплоусвоенияS24ШТ, =9,6 Вт/м2.оС. Для периода m+n=8+4=12 часовТепловая инерция D=RШТS12ШТ=13,58.0,023=0,312< 1. Следовательно, в расчете необходимо учесть следующий слой – кладки из сплошного глиняного кирпича, толщиной 0,25 м, с термическим сопротивлением Rк.к=0,25/0,7=0,31 м2.°С/Вт, коэффициентом теплоусвоения sк.к=9,2 Вт/ м2.°С. Для периодаm+n=8+4=12 часовТепловая инерция DR К.K S12,К .K =13,01.0,31=4,03> 1.Так как тепловая инерция второго слоя больше 1:- потолок: внутренний слой - железобетонная пустотная плита с ПТ R =0,151 Вт/ м2.°С , с коэффициентом теплоусвоения s24,ПТ =10,159 Вт/( м2.°С ) – величина усредненная с учетом тела ж/бетона и отверстий [(0,22.0,21- 3,14.0,162/4)/(0,22.0,21)] .17,98=10,159 Вт/( м2.°С ) (здесь в квадратных скобках – относительная площадь тела плиты от всей площади ее поперечного сечения; 17,98 Вт/( м2.°С ) - коэффициентом теплоусвоения 24 sдля железобетона). Для периода m+n=8+4=12 часовТепловая инерция D =RПТS12ПТ=14,36.0,151=2,17> 1.Так как у первого слоя величина D>1, то YПТ=S12пт= 14,36 Вт/ м2.°С .- перегородки: керамзитобетонные панели c термическим сопротивлением перегородки Rпер=δ/λА=0,1/0,67 = 0,149 м2.°С /Вт, коэффициентом теплоусвоенияS24 ПЕР, =9,06 Вт/ м2.°С. Для периода m+n=8+4=12 часовТепловая инерция D =RПЕРS12ПЕР=0,149.12,81=1,908<2. Так как перегородки находятся в одинаковых тепловых условиях с обеих сторон и тепловая инерция каждой половины D<1, то Y ПЕР=(RПЕР/ 2)S2пер =0,149/2.12,812=12,22 Вт/ м2.°С .-окно: сопротивление теплопередаче окна Rок=0,45 м2.°С /Вт,- пол: паркетный из дуба поперек волокон с сопротивлением теплопередаче слоя дуба Rдуб=0,083 м2.°С /Вт, с коэффициентом теплоусвоенияS 24ДУБ, =5,0 Вт/ м2.°С .Для периода m+n=8+4=12 часовТепловая инерция D ДУБ=RДУБS12ДУБ=7,07.0,083=0,587<1. Следовательно, в расчет следует ввести следующий слой – сплошную железобетонную плиту с термическим сопротивлениемδ/λА=0,22/1,92 = 0,114 м2.°С /Вт и коэффициентом теплоусвоения S24,Ж.Б =17,98 Вт/ м2.°С . Для периода m+n=8+4=12 часовТепловая инерция слоя железобетона равна DЖБ=RЖБS12ЖБ=25,4.0,114=2,89>1. Следовательно,7.1.3. Амплитуда колебаний температуры помещения равнаΣYi Ai- показатель теплоусвоения помещения,Σ Yi Ai=YНСAНС+YПТAПТ+YПЕРAПЕР+YОКAОК+YПЛAПЛ= =13,28.6,75+14,36.8,14+12,22.27,40+2,98.3+9,51.8,14=627,7 Вт/°С;PВЕНТ-показатель теплопоглощения вентиляционным воздухом,PВЕНТ=0,278 L cρ=0,278·60·1,005·1,2=20 Вт/.°С.где L – воздухообмен помещения, м3/ч, в примере можно принять 60 м3/ч·чел. Считаем, что в рассматриваемом помещении находится 1 человек;с – теплоемкость воздуха, 1,005 кДж/кг;ρ – плотность воздуха в помещении, 1,2 кг/м3.Так как полученная амплитуда колебаний температуры помещения меньше допускаемой (0,87<1,5), отопление пропусками в принятом режиме допустимо.В случае превышения колебаний температуры воздуха в помещении над допустимой амплитудой расчет повторяется при увеличенном числе топок за сутки, но сохраненном соотношении между m и n.7.2. Расчет на ЭВМ нестационарного теплового режима наружной стены по программе HTSТребуется определить время остывания внутренней поверхности наружной стены до 0°С после внезапного отключения отопления при расчетных наружных условиях (t H = t50,92= -22oC). Расчет выполняется на ЭВМ.7.3. Анализ результатовBыполненный расчет свидетельствует о том, что за 50 часов стена не остывает до0°С. Значит, времени для ремонта системы отопления достаточно.8. Расчет теплового режима помещения8.1. Определение температуры потолочной панели отопления, возмещающей теплопотери помещения. Расчет выполним для рассматриваемого ранее помещения.8.1.1. Теплоотдача панели равна:где: АП- площадь отопительной панели, м2;αК, αЛ- коэффициенты конвективного и лучистого теплообмена на панели, Вт/ м2.°С;τП- температура панели, °С;t B - температура воздуха помещения, °С;τВ- усредненная температура наружных ограждений, °С.8.1.2. Принимая теплоотдачу панели, равной теплопотерям помещения, выразим температуру панели из вышеприведенной формулы:где τв -усредненная температура, °С, наружных ограждений:здесь τок -температура окна рассчитывается по формуле:где RВ – сопротивление теплоотдаче на внутренней поверхности окна, м2.°С /Вт:Rв=1/αв =1/8=0,125 , м2.°С /Вт.где αв - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности окна, Вт/ м2.°Спринят в соответствии с [2] табл. 7 или Приложением 1.7.: αВ=8 Вт/ м2.°С.8.1.3. Принимаем температуру панели, равной τП =40 °С, тогда коэффициент конвективной теплоотдачи поверхности панели равен:где: V B - подвижность воздуха в помещении, VB =0,2 м/с;h – определяющий размер (длина) панели, вдоль которой проявляется подвижность, м. Длина панели равна h=3,0 – 2.0,05= 2,9 м (3,0 м – размер панели в осях перегородок);Коэффициент лучистой теплоотдачи поверхности панели:где b– коэффициент линеаризацииФ – коэффициент полной облученностигде: φП-В - коэффициент облученности наружного ограждения (наружной стены с окном) с панели [6] рис.1.12 стр.21. или Приложение 21 рис П21- 1.при а/с=2,9/2,67=1,10 в/с=3,0/2,67=1,12 φП-В= 0,22Температура панели равна:Так как полученное значение температуры панели отличается от предположенного меньше, чем на 2 °С, поэтому расчет считаем законченным.8.2. Расчет на ЭВМ температурной обстановки и теплопотерь помещения при различных системах отопления9. Проверка выполнения условий комфортностиИз расчета на ЭВМ температура потолочной панели в помещении для поддержания в нем температуры t B=20°С равна tп=26,77°C (по более точному расчету на ЭВМ). Проверим первое и второе условие комфортности этого помещения при таком отоплении.9.1. Первое условие комфортности связывает радиационную температуру t R Ч , относительно человека, стоящего посередине помещения, с температурой воздуха в помещении tв:tR Ч = 29-0,57 tв±1,5°С,при температуре воздуха в помещении tв=20°С, tR Ч = 29-0,57х 20±1,5= от 16,1 до 19,1°СФактически радиационная температура относительно человека, стоящего посередине помещения равна:где - коэффициент облученности с человека на наружное ограждение.Поскольку рассматривается человек, находящийся в центре помещения, то для использования графика необходимо выполнить дополнительные расчеты:а=4,8/2=2,4 b=4/2=2приА=а/b = 1.2; В=h/b = 3/2 = 1,5 C=b/hчел=2/1,8=1,11 φ=0,04τв=17,14°Скоэффициент облученности с человека на панель, определяется по [6] рис. 1-40-б стр.85 или по Приложению 23.приА=а/b = 1.2; В=h/b = 3/2 = 1,5 C=b/hчел=2/1,8=1,11 φ=0,02Величина коэффициентаравна учетверенному значению с графика:коэффициент облученности с человека на внутренние ограждения,τв.о температура внутренней поверхности внутренних ограждений, принимается равной температуре внутреннего воздуха τво=20°С,что не удовлетворяет первому условию комфортности, т.к. не укладывается в допустимый интервал.9.2. Второе условие комфортности ограничивает температуру нагретой поверхности допустимой величинойτДОПП , °С,где - коэффициент облученности с элементарной площадки на голове человека на нагретую панель, определяется по [6] рис. 1.9, или по Приложению 25.Для использования графика необходимо выполнить дополнительные расчеты:а=4,8/2=2,4 b=4/2=4 h=3,0-1,8=1,2.При b/h=4/1,2=3,33 a/h=2,4/1,2=2φ =0,22,Полученную с графика величину φ следуетумножить на 4:Так как температура на поверхности панели ниже допускаемой: 26,77<29,08, то второе условие комфортности выполняется.Список литературы1. СНиП 23.01-99* Строительная климатология / Госстрой России.-М.: ГУП ЦПП, 20032. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий / Госстрой России.-М.: ФГУП ЦПП, 20043. ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.-М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 19994. СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий / Госстрой России.-М.: ФГУП ЦПП, 20045. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой РФ.-М.:ГУП ЦПП,1993.6. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха): Учебник для вузов.- 2-е изд., перераб и доп.-М.: Высш.школа, 1982.-415 с.7. Е.Г.Малявина. Теплопотери здания.: справочное пособие/Е.Г.Малявина.- М.:АВОК- ПРЕСС, 2007.-144 с.8. О.Д.Самарин. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность. - М.: Изд-во АСВ. - 2009. - 296 с.9 СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование / Госстрой РФ.-М.,2003.10. Ю.М.Варфоломеев, О,Я.Кокорин. Отопление и тепловые сети: Учебник. – М.: ИНФРА-М, 2006. – 480 с. – (Среднее профессиональное образование).11. Теплотехнический расчет наружных ограждений и расчет теплового режима зданий. /Е.Г.Малявина. Задание на курсовую работу по строительной теплофизике.- М.: Изд-во МГСУ. – 2009.- 9 с.