Коэффициент теплоотдачи воздуха

Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах и каналах

Теплоотдача в трубах и каналах может происходить при вынужденном или свободном характере конвекционных потоков (возможны также их сочетания в случае существенного влияния гравитационных сил).

При вынужденном течении (вынужденная конвекция) жидкость нагнетается или отводится под действием сил внешнего давления, например, ветра, насоса или вентилятора.

Свободное течение жидкости происходит под действием подъемных (гравитационных) сил за счет изменения ее плотности из-за разницы температуры – слой жидкости с меньшей плотностью стремиться занять верхнее положение относительно холодного слоя (свободная или естественная конвекция).

Интенсивность теплоотдачи, как при вынужденной, так и при свободной конвекции характеризуется коэффициентом теплоотдачи α, имеющим размерность Вт/(м2·град), который определяется по формуле:

Nu – число Нуссельта; λ – коэффициент теплопроводности жидкости при средней температуре, Вт/(м·град);

d – эквивалентный диаметр, равный

F – площадь сечения канала, м2; П – периметр канала, м.

Для трубы круглого сечения, эквивалентный диаметр равен внутреннему диаметру трубы.

В целом, расчет коэффициента теплоотдачи сводится к определению числа Нуссельта, значение которого задается соответствующими критериальными уравнениями конвективного теплообмена, зависящими от режима течения жидкости и формы канала.

Течение жидкости в трубах определяется значением числа Рейнольдса Re и в зависимости от его величины может быть ламинарным, переходным или турбулентным.

• Ламинарный режим течения жидкости характеризуется величиной числа Re до 2300.
• При значении числа Re от 2300 до 10000 режим течения в трубах является переходным.
• Турбулентный режим течения в трубах наблюдается при числах Re более 10000.

Число (критерий) Рейнольдса представляет собой безразмерный комплекс, связывающий скоростные и вязкостные характеристики жидкости с определяющим размером канала (для трубы – это ее диаметр).

Число Re определяется по формуле:

w – скорость течения жидкости, м/с; d – эквивалентный диаметр канала, м; ν — кинематическая вязкость жидкости при средней температуре, м2/с.

Теплоотдача в трубах и каналах существенно зависит от режима течения жидкости. При ламинарном режиме интенсивность теплоотдачи значительно меньше, чем при развитом турбулентном.

Теплоотдача при ламинарном течении в трубах и каналах

Ламинарный режим течения жидкости обычно характеризуется низкой скоростью потока. При этом в некоторых случаях влиянием конвекции, обусловленной действием гравитационных сил, пренебрегать нельзя.

Для выбора правильного критериального уравнения теплообмена и оценки влияния естественной конвекции на интенсивность теплопередачи при ламинарном режиме служит критерий Грасгофа Gr.

g – ускорение свободного падения, м/с2;

β – температурный коэффициент объемного расширения, град-1;

d – эквивалентный диаметр канала, м;

ν — кинематическая вязкость жидкости при средней температуре, м2/с;

Δt – средняя разность температур жидкости и стенки, °С.

Теплоотдача при ламинарном течении в трубах и каналах с учетом естественной конвекции. Если величина комплекса GrPr превышает 8·105, то расчет коэффициента теплоотдачи необходимо проводить с учетом влияния естественной конвекции в потоке жидкости по следующему критериальному уравнению:

Индекс «ж» означает, что свойства среды, входящие в критерии подобия Re, Pr и Gr берутся при средней температуре жидкости.

Число Прандтля с индексом «с» Prс берется для жидкости при температуре стенки.

εL – коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине трубы или канала. Его можно определить с помощью таблицы:

Значения коэффициента εL при ламинарном режиме

L/d	1	2	5	10	15	20	30	40	50
εL	1,9	1,7	1,44	1,28	1,18	1,13	1,05	1,02	1

Теплоотдача при ламинарном течении в трубах и каналах без учета естественной конвекции. При значении GrPr<8·105, влияние естественной конвекции на теплоотдачу жидкости пренебрежительно мало, и расчет коэффициента теплоотдачи можно проводить по следующему критериальному уравнению:

d – эквивалентный диаметр канала, м;

L – длина трубы (канала), м.

Представленные критериальные уравнения теплообмена при ламинарном режиме позволяют определить среднее значение числа Нуссельта, по величине которого можно рассчитать средний коэффициент теплоотдачи:

λ – коэффициент теплопроводности жидкости при средней температуре, Вт/(м·град);

d – эквивалентный диаметр, м.

Теплоотдача в трубах и каналах при турбулентном режиме

Теплоотдача в трубах и каналах при турбулентном режиме осуществляется путем передачи тепла при интенсивном перемешивании слоев жидкости. Критериальное уравнение теплообмена для расчета средней теплоотдачи в трубах и каналах в этом случае имеет вид:

Критерии подобия Re и Pr берутся при средней температуре жидкости. Число Прандтля с индексом «с» Prс берется при температуре стенки.

Представленное критериальное уравнение применяется в диапазоне чисел Re от 1·104 до 5·106 и Pr от 0,6 до 2500.

εL – коэффициент, учитывающий изменение среднего коэффициента теплоотдачи по длине трубы или канала при турбулентном режиме течения. Значения εL приведены в следующей таблице при различных числах Рейнольдса и отношениях длины канала к его эквивалентному диаметру:

Значения коэффициента εL при турбулентном режиме

Reж	L/d
	1	2	5	10	15	20	30	40	50
1·104	1,65	1,5	1,34	1,23	1,17	1,13	1,07	1,03	1
2·104	1,51	1,4	1,27	1,18	1,13	1,1	1,05	1,02	1
5·104	1,34	1,27	1,18	1,13	1,1	1,08	1,04	1,02	1
1·105	1,28	1,22	1,15	1,1	1,08	1,06	1,03	1,02	1
1·106	1,14	1,11	1,08	1,05	1,04	1,03	1,02	1,01	1

Расчет теплоотдачи в изогнутых трубах и каналах проводится по тому же критериальному уравнению с добавлением множителя — поправки на действие центробежных сил, которая определяется по формуле:

R — радиус изгиба трубы или канала, м; d – эквивалентный диаметр трубы или канала, м.

Теплоотдача в изогнутых трубах проходит более интенсивно, чем в прямых, за счет большего вихреобразования и лучшего перемешивания жидкости.

Расчет теплоотдачи при вынужденной конвекции

Пример расчета. Рассчитаем средний коэффициент теплоотдачи воды, текущей по трубопроводу длиной 1 м, диаметром d=0,01 м с расходом Q=20 л/мин. Средняя температура воды tж=50°С, температура стенки трубы tс=10°С.

1. Определим физические свойства воды при температуре 50°С:

• Теплопроводность воды λж= 0,648 Вт/(м·град);
• Плотность воды ρж=988 кг/м3;
• Кинематическая вязкость воды νж=0,556·10-6, м2/с;
• Число Прандтля при температуре жидкости Prж=3,54;
• Число Прандтля при температуре стенки Prс=9,52.

2. Рассчитаем среднюю скорость течения воды w по трубе:

3. Определим число Рейнольдса Re:

4. Поскольку число Рейнольдса имеет значение больше 1·104, то режим течения является турбулентным и расчет теплоотдачи необходимо проводить по следующему критериальному уравнению:

Определим коэффициент εL по соотношению L/d=1/0,01=100. Поскольку L/d>50, то коэффициент εL=1.

Выполним расчет числа Нуссельта по приведенному критериальному уравнению:

5. Рассчитаем средний коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы по формуле:

Выполним расчет:

Таким образом, средний коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы составляет 14,65 кВт/(м2·град).

Теплоотдача при свободной конвекции в трубах и каналах

Теплообмен при свободном движении жидкости (или газа) происходит вследствие разности плотностей нагретых и холодных ее слоев. Интенсивность теплоотдачи жидкости в трубах и каналах при свободной конвекции существенно зависит от их положения в пространстве относительно силы тяжести.

Теплоотдача при свободной конвекции имеет различный характер в случаях свободного течения в неограниченном пространстве и теплообмена в ограниченном объеме (в узкой трубе или канале).

Свободная конвекция в неограниченном пространстве

Конвекция в неограниченном пространстве протекает, например при охлаждении трубопровода центрального отопления, расположенного на улице в безветренную погоду, вблизи от которого отсутствуют препятствия для движения воздушных потоков.

Горизонтальный канал или труба. Интенсивность теплоотдачи при свободной конвекции зависит от величины комплекса GrPr. При значении GrPr от 103 до 109 критериальное уравнение, описывающее среднюю теплоотдачу от поверхности горизонтальных труб и каналов, имеет вид:

В качестве определяющего размера принимается наружный диаметр d канала или трубы.

Вертикальный канал (труба, пластина). Для вертикальных труб и каналов при значении GrPr от 103 до 109 критериальное уравнение, описывающее среднюю теплоотдачу, имеет вид:

При GrPr>109:

Примечание: В приведенных критериальных уравнениях теплообмена свойства жидкости, входящие в числа Gr и Pr, определяются при температуре окружающей среды. Число Прандтля с индексом «с» Prс берется для жидкости при температуре стенки. В качестве определяющего размера принимается длина L (высота) вертикально стоящей трубы или канала.

Свободная конвекция в ограниченном объеме

Теплообмен жидкости в ограниченном объеме при свободной конвекции характеризуется совместным протеканием процессов нагрева и охлаждения соседних слоев жидкости (или газа). Эти процессы сопровождаются сложным течением нисходящих и восходящих потоков, зависящих от рода жидкости, разницы температуры, формы канала и его геометрических размеров.

Для упрощения расчета таких сложных процессов конвективного теплообмена принято рассматривать их, как явление теплопроводности в щели толщиной δ с учетом понятия эквивалентного коэффициента теплопроводности λэк.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности определяется по формуле:

Q — количество переданного тепла, Вт; δ — толщина слоя жидкости (или газа), м; F — площадь теплоотдающей поверхности, м2; Δt=tc1-tc2 — температурный напор между нагретой и холодной стенками, °С.

Отношение эквивалентного коэффициента теплопроводности λэк к величине теплопроводности окружающей жидкости при средней температуре называется коэффициентом конвекции εк, который определяется значением комплекса GrPr.

При малых значениях комплекса GrPr<1000 коэффициент конвекции εк=1, то есть теплоотдача просходит только за счет теплопроводности среды (λэк=λ).

В случае 103<GrPr<106:

При 106<GrPr<1010:

Примечание: Числа подобия Gr и Pr рассчитываются при средней температуре жидкости (или газа), равной tж=0,5(tc1+tc2). В качестве определяющего размера принимается δ — толщина слоя жидкости.

Расчет теплоотдачи при свободной конвекции

Пример расчета. Рассчитаем потери тепла естественной конвекцией от горизонтального трубопровода центрального отопления, находящегося на открытом воздухе. Диаметр трубопровода d=0,15 м, длина L=5 м, средняя температура наружной стенки tс=80°С. Температура окружающего воздуха tж=20°С.

1. Определим физические свойства воздуха при температуре 20°С:

• Теплопроводность воздуха λж= 0,0259 Вт/(м·град);
• Кинематическая вязкость воздуха νж=15,06·10-6, м2/с;
• Число Прандтля при температуре жидкости Prж=0,703;
• Число Прандтля при температуре стенки Prс=0,69;
• Коэффициент объемного расширения βж=1/(273+20)=0,00341 град-1.

2. Вычислим число Грасгофа Gr по формуле:

Получаем:

3. Определим значение комплекса GrPr:

Этому значению комплекса соответствует следующее критериальное уравнение теплообмена при свободной конвекции в случае горизонтальной трубы:

4. Вычислим значение числа Нуссельта Nu:

5. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от трубы α по формуле:

Получаем:

6. Определим потери тепла с боковой поверхности трубопровода по формуле:

Подставляя численные значения, окончательно получаем потерю тепла:

Таким образом, только путем естественной (свободной) конвекции рассмотренный трубопровод отопления отдает воздуху 1681 Вт тепла.

Теплопроводность представляет собой физическую величину, которая определяет способность материалов проводить тепло. Иными словами, теплопроводность представляет собой способность субстанций передавать кинетическую энергию атомов и молекул другим субстанциям, находящиеся в непосредственном контакте с ними. В СИ эта величина измеряется во Вт/(К*м) (Ватт на Кельвин-метр), что эквивалентно Дж/(с*м*К) (Джоуль на секунду-Кельвин-метр).

Понятие теплопроводности

Она является интенсивной физической величиной, то есть величиной, которая описывает свойство материи, не зависящей от количества последней. Интенсивными величинами также являются температура, давление, электропроводность, то есть эти характеристики одинаковы в любой точке одного и того же вещества. Другой группой физических величин являются экстенсивные, которые определяются количеством вещества, например, масса, объем, энергия и другие.

Противоположной величиной для теплопроводности является теплосопротивляемость, которая отражает способность материала препятствовать переносу проходящего через него тепла. Для изотропного материала, то есть материала, свойства которого одинаковы во всех пространственных направлениях, теплопроводность является скалярной величиной и определяется, как отношение потока тепла через единичную площадь за единицу времени к градиенту температуры. Так, теплопроводность, равная одному ватту на метр-Кельвин, означает, что тепловая энергия в один Джоуль переносится через материал:

• за одну секунду;
• через площадь один метр квадратный;
• на расстояние один метр;
• когда разница температур на поверхностях, находящихся на расстоянии один метр друг от друга в материале, равна один Кельвин.

Понятно, что чем больше значение теплопроводности, тем лучше материал проводит тепло, и наоборот. Например, значение этой величины для меди равно 380 Вт/(м*К), и этот металл в 10 000 раз лучше переносит тепло, чем полиуретан, теплопроводность которого составляет 0,035 Вт/(м*К).

Перенос тепла на молекулярном уровне

Когда материя нагревается, увеличивается средняя кинетическая энергия составляющих ее частиц, то есть увеличивается уровень беспорядка, атомы и молекулы начинают более интенсивно и с большей амплитудой колебаться около своих равновесных положений в материале. Перенос тепла, который на макроскопическом уровне можно описать законом Фурье, на молекулярном уровне представляет собой обмен кинетической энергией между частицами (атомами и молекулами) вещества, без переноса последнего.

Это объяснение механизма теплопроводности на молекулярном уровне отличает его от механизма термической конвекции, при котором имеет место перенос тепла за счет переноса вещества. Все твердые тела обладают способностью к теплопроводности, в то время как тепловая конвекция возможна только в жидкостях и газах. Действительно, твердые вещества переносят тепло в основном за счет теплопроводности, а жидкости и газы, если есть температурные градиенты в них, переносят тепло в основном за счет процессов конвекции.

Теплопроводность материалов

Ярко выраженной способностью проводить тепло обладают металлы. Для полимеров свойственна невысокая теплопроводность, а некоторые из них практически не проводят тепло, например, стекловолокно, такие материалы называются теплоизоляторами. Чтобы существовал тот или иной поток тепла через пространство, необходимо наличие некоторой субстанции в этом пространстве, поэтому в открытом космосе (пустое пространство) теплопроводность равна нулю.

Каждый гомогенный (однородный) материал характеризуется коэффициентом теплопроводности (обозначается греческой буквой лямбда), то есть величиной, которая определяет, сколько тепла нужно передать через площадь 1 м², чтобы за одну секунду, пройдя через толщу материала в один метр, температура на его концах изменилась на 1 К. Это свойство присуще каждому материалу и изменяется в зависимости от его температуры, поэтому этот коэффициент измеряют, как правило, при комнатной температуре (300 К) для сравнения характеристики разных веществ.

Если материал является неоднородным, например, железобетон, тогда вводят понятие полезного коэффициента теплопроводности, который измеряется согласно коэффициентам однородных веществ, составляющих этот материал.

В таблице ниже приведены коэффициенты теплопроводности некоторых металлов и сплавов во Вт/(м*К) для температуры 300 К (27 °C):

• сталь 47—58;
• алюминий 237;
• медь 372,1—385,2;
• бронза 116—186;
• цинк 106—140;
• титан 21,9;
• олово 64,0;
• свинец 35,0;
• железо 80,2;
• латунь 81—116;
• золото 308,2;
• серебро 406,1—418,7.

В следующей таблице приведены данные для неметаллических твердых веществ:

• стекловолокно 0,03—0,07;
• стекло 0,6—1,0;
• асбест 0,04;
• дерево 0,13;
• парафин 0,21;
• кирпич 0,80;
• алмаз 2300.

Из рассматриваемых данных видно, что теплопроводность металлов намного превышает таковую для неметаллов. Исключение составляет алмаз, который обладает коэффициентом теплопередачи в пять раз больше, чем медь. Это свойство алмаза связано с сильными ковалентными связями между атомами углерода, которые образуют его кристаллическую решетку. Именно благодаря этому свойству человек чувствует холод при прикосновении к алмазу губами. Свойство алмаза хорошо переносить тепловую энергию используется в микроэлектронике для отвода тепла из микросхем. А также это свойство используется в специальных приборах, позволяющих отличить настоящий алмаз от подделки.

В некоторых индустриальных процессах стараются увеличить способность передачи тепла, чего достигают либо за счет хороших проводников, либо за счет увеличения площади контакта между составляющими конструкции. Примерами таких конструкций являются теплообменники и рассеиватели тепла. В других же случаях, наоборот, стараются уменьшить теплопроводность, чего достигают за счет использования теплоизоляторов, пустот в конструкциях и снижения площади контакта элементов.

Коэффициенты теплопередачи сталей

Способность передавать тепло для сталей зависит от двух главных факторов: состава и температуры.

Простые углеродные стали при увеличении содержания углерода снижают свой удельный вес, в соответствии с которым также уменьшается и их способность переносить тепло от 54 до 36 Вт/(м*К) при изменении процента углерода в стали от 0,5 до 1,5%.

Нержавеющие стали содержат в своем составе хром (10% и больше), которые вместе с углеродом образует сложные карбиды, препятствующие окислению материала, а также повышает электродный потенциал металла. Теплопроводность нержавейки невелика в сравнении с другими сталями и колеблется от 15 до 30 Вт/(м*К) в зависимости от ее состава. Жаропрочные хромоникелевые стали обладают еще более низкими значениями этого коэффициента (11—19 Вт/(м*К).

Другим классом являются оцинкованные стали с удельным весом 7 850 кг/м3, которые получают путем нанесения покрытий на сталь, состоящих из железа и цинка. Так как цинк легче проводит тепло, чем железо, то и теплопроводность оцинкованной стали будет относительно высокой в сравнении с другими классами стали. Она колеблется от 47 до 58 Вт/(м*К).

Теплопроводность стали при различных температурах, как правило, не изменяется сильно. Например, коэффициент теплопроводности стали 20 при увеличении температуры от комнатной до 1200 °C снижается от 86 до 30 Вт/(м*К), а для марки стали 08Х13 увеличение температуры от 100 до 900 °C не изменяет ее коэффициент теплопроводности (27—28 Вт/(м*К).

Факторы, влияющие на физическую величину

Способность проводить тепло зависит от ряда факторов, включая температуру, структуру и электрические свойства вещества.

Температура материала

Влияние температуры на способность проводить тепло различается для металлов и неметаллов. В металлах проводимость главным образом связана со свободными электронами. Согласно закону Видемана—Франца теплопроводность металла пропорциональна произведению абсолютной температуры, выраженной в Кельвинах, на его электропроводность. В чистых металлах с увеличением температуры уменьшается электропроводность, поэтому теплопроводность остается приблизительно постоянной величиной. В случае сплавов электропроводность мало изменяется с ростом температуры, поэтому теплопроводность сплавов растет пропорционально температуре.

С другой стороны, передача тепла в неметаллах главным образом связана с колебаниями решетки и обмене решеточными фононами. За исключением кристаллов высокого качества и низких температур, путь пробега фононов в решетке значительно не уменьшается при высоких температурах, поэтому и теплопроводность остается постоянной величиной во всем температурном диапазоне, то есть является незначительной. При температурах ниже температуры Дебая способность неметаллов проводить тепло, наряду с их теплоемкостью, значительно уменьшается.

Фазовые переходы и структура

Когда материал испытывает фазовый переход первого рода, например, из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газ, то его теплопроводность может измениться. Ярким примером такого изменения является разница этой физической величины для льда (2,18 Вт/(м*К) и воды (0,90 Вт/(м*К).

Изменения кристаллической структуры материалов также влияют на теплопроводность, что объясняется анизотропными свойствами различных аллотропных модификаций вещества одного и того же состава. Анизотропия влияет на различную интенсивность рассеивания решеточных фононов, основных переносчиков тепла в неметаллах, и в различных направлениях в кристалле. Здесь ярким примером является сапфир, проводимость которого изменяется от 32 до 35 Вт/(м*К) в зависимости от направления.

Электрическая проводимость

Теплопроводность в металлах изменяется вместе с электропроводностью согласно закону Видемана—Франца. Это связано с тем, что валентные электроны, свободно перемещаясь по кристаллической решетке металла, переносят не только электрическую, но и тепловую энергию. Для других материалов корреляция между этими типами проводимости не является ярко выраженной, ввиду незначительного вклада электронной составляющей в теплопроводность (в неметаллах основную роль в механизме передачи тепла играют решеточные фононы).

Процесс конвекции

Воздух и другие газы являются, как правило, хорошими теплоизоляторами при отсутствии процесса конвекции. На этом принципе основана работа многих теплоизолирующих материалов, содержащих большое количество небольших пустот и пор. Такая структура не позволяет конвекции распространяться на большие расстояния. Примерами таких материалов, полученных человеком, являются полистирен и силицидный аэрогель. В природе на том же принципе работают такие теплоизоляторы, как шкура животных и оперение птиц.

Легкие газы, например, водород и гель, имеют высокие значения теплопроводности, а тяжелые газы, например, аргон, ксенон и радон, являются плохими проводниками тепла. Например, аргон, инертный газ, который тяжелее воздуха, часто используется в качестве теплоизолирующего газового наполнителя в двойных окнах и в электрических лампочках. Исключением является гексафторид серы (элегаз), который является тяжелым газом и обладает относительно высокой теплопроводностью, ввиду его большой теплоемкости.

2.1.5 Коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях

Рассмотрим стенку, отделяющую помещение с температурой tв от наружной среды с температурой tн. Наружная поверхность путем конвекции обменивается теплотой с наружным воздухом, а лучистой — с окружающими поверхностями, имеющими температуру tокр. н. То же самое и с внутренней стороны. Можно записать, что тепловой поток с плотностью q, Вт/м2, проходящий сквозь стену, равен

, (2.13)

где tокр. в и tокр. н — температура поверхностей, окружающих соответственно внутреннюю и наружную плоскости рассматриваемой стенки, оС;

αк. в, αк. н — коэффициенты конвективной теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях стенки, м2. оС/Вт;

αл. в, αл. н — коэффициенты лучистой теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях стенки, м2. оС/Вт.

В инженерных расчетах принято теплоотдачу на поверхностях ограждающих конструкций не разделять на лучистую и конвективную составляющие. Считается, что на внутренней поверхности наружного ограждения в отапливаемом помещении происходит тепловосприятие, оцениваемое общим коэффициентом αв, Вт/ (м2. оС), а на наружной поверхности — теплоотдача, интенсивность которой определяется коэффициентом теплоотдачи αн, Вт/ (м2. оС). Кроме того, принято считать, что температура воздуха и окружающих поверхностей равны друг другу, то есть tокр. в =tв, а tокр. н =tн. То есть

, (2.14)

Следовательно, принимается, что коэффициенты теплоотдачи на наружной и внутренней поверхностях ограждения равны сумме коэффициентов лучистого и конвективного теплообмена с каждой стороны:

. (2.15)

Коэффициент теплоотдачи на наружной или внутренней поверхности по физическому смыслу — это плотность теплового потока, отдаваемая соответствующей поверхностью окружающей ее среде (или наоборот) при разности температуры поверхности и среды в 1 оС. Величины, обратные коэффициентам теплоотдачи, принято называть сопротивлениями теплоотдаче на внутренней Rв, м2. оС/Вт, и наружной Rн, м2. оС/Вт, поверхностях ограждения:

Rв = 1/ αв; Rн=1/ αн. (2.16)

2.1.6 Теплопередача через многослойную стенку

Если с одной стороны многослойной стенки, состоящей из n слоев, поддерживается температура tв, а с другой стороны tн< tв, то возникает тепловой поток q, Вт/м2 (Рис.6).

Этот тепловой поток движется от среды с температурой tв, оС, к среде с температурой tн, оС, проходя последовательно от внутренней среды к внутренней поверхности с температурой τв, оС:

q= (1/ Rв). (tв — τв), (2.17)

затем от внутренней поверхности сквозь первый слой с термическим сопротивлением R Т,1 к стыку первого и второго слоев:

q= (1/ RТ,1). (τв — t1), (2.18)

после этого через все остальные слои

q= (1/ R Т, i). (ti-1 — ti), (2.19)

и, наконец, от наружной поверхности с температурой τн к наружной среде с температурой tн:

q= (1/ R н). (τн — tн), (2.20)

где R Т, i- термическое сопротивление слоя с номером i, м2. оС/Вт;

Rв, Rн — сопротивления теплообмену на внутренней и наружной поверхностях, м2. оС/Вт;

ti-1 — температура, оС, на стыке слоев с номерами i-1 и i;

ti — температура, оС, на стыке слоев с номерами i и i+1.

Рис.6. Распределение температуры при теплопередаче через многослойную стену

Переписав (2.16) — (2.19) относительно разностей температуры и сложив их, получим равенство:

tв — tн = q. (Rв+R Т,1+R Т,2+…+R Т, i+…. +R Т,n+Rн) (2.21)

Выражение в скобках — сумма термических сопротивлений плоскопараллельных последовательно расположенных по ходу теплового потока слоев ограждения и сопротивлений теплообмену на его поверхностях называется общим сопротивлением теплопередаче ограждения Ro, м2. оС/Вт:

Ro=Rв+ΣR Т, i+Rн, (2.22)

а сумма термических сопротивлений отдельных слоев ограждения — его термическим сопротивлением RТ, м2. оС/Вт:

RТ = R Т,1+R Т,2+…+Rв. п+…. +R Т,n, (2.23)

где R Т,1, R Т,2,…, R Т,n — термические сопротивления отдельных плоскопараллельных последовательно расположенных по ходу теплового потока слоев слоев ограждающей конструкции, м2. оС/Вт, определяемые по формуле (2.4);

Rв. п — термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м2. оС/Вт, по п.2.1.4

По физическому смыслу общее сопротивление теплопередаче ограждения Ro — это разность температуры сред по разные стороны ограждения, которая формирует проходящий через него тепловой поток плотностью 1 Вт/ м2, в то время как термическое сопротивление многослойной конструкции — разность температуры наружной и внутренней поверхностей ограждения, которая формирует проходящий через него тепловой поток плотностью 1 Вт/ м2,Из (2.22) следует, что тепловой поток q, Вт/м2, проходящий через ограждение, пропорционален разности температуры сред по разные стороны ограждения (tв — tн) и обратно пропорционален общему сопротивлению теплопередаче Ro

Определение коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций

Введение.

Санитарно-технические работы составляют значительную часть в общем объеме строительства промышленных, общественных и жилых зданий. В зданиях различного назначения устраивают системы центрального отопления, холодного и горячего водопровода, канализации, водостоков, газоснабжения, вентиляции, а в отдельных случаях кондиционирования воздуха.

Устройство системы центрального отопления обеспечивает поддержание требуемых температур воздуха в помещениях и повышает уровень комфорта.

На сегодняшний день невозможно представить себе жильё, не оборудованное системой отопления. Система отопления – непременная составляющая комфортной жизни.

В данном курсовом проекте выполнен расчет системы отопления общественного здания. Ограждения конструкции утеплены. Система отопления запроектирована в соответствии с действующими СНиПами и ГОСТами, с учетом требований закона об энергосбережении. Разработан коммерческий узел учета тепла, предусмотрена установка запорно-регулирующей арматуры.

Определение коэффициента теплопередачи ограждающих конструкций.

Определение коэффициента теплопередачи наружной стены.

Исходные данные:

Район строительства – г. Владимир;

Расчетная температура внутреннего воздуха tint = 16оС;

Влажностный режим помещения – нормальный.

Зона влажности по приложению 1* СниП II-3-79* — влажная, условия эксплуатации по приложению 2 при нормальной влажности – параметр Б.

Конструкция стены:

1. Цементно-песчаный раствор: δ1= 0.02 м;

λ λ1 = 93Вт/м оС;

2. Маты минераловатные: δ2 = ? м; γ2= 75 кг/м3; λ2 = 0,064, Вт/м оС;

3. Ячеистый бетон: δ3 =0, 24; γ3= 1000кг/м3; λ3 = 0.47, Вт/м оС;

4. Сложный раствор: δ4 = 0,02 м; λ4 = 0.87 Вт/м оС.

Коэффициент теплопроводности, λ , определяется в зависимости от плотности материала, γ и от условия эксплуатации (параметр Б, приложение 3* СНиП II-3-79*).

tint = 16°C

text = -28°C

tht = -3,5°C

αint = 8,7 Вт/м2°C

αext = 23 Вт/м2°C

Последовательность расчета.

1. Определение градусо-сутки отопительного периода:

Dd = (tint – tht)· Zht =(16-(-3,5))·213=4153,5 °Cсут.

2. Определение нормированного значения сопративления теплопередачи по таб. 4. СНиП :

Rreg = a· Dd + b = 0,0003·4153,5+1,6=2,8

3. Определение общего термического сопративления:

R0 =

4. Исходя из теплотехнического условия, где R0 ≥ Rreg, приравниваем R0 к Rreg:

2,8 = м2 °C/ Вт

5. Определение толщины утепляющего слоя:

δ2 = (2,8-0,71)·0,064 = 0,133 м.

6. Определение общего термического сопротивления с учетом δ2

R0 = 0,71 +

7. Проверка теплотехнического условия: R0 ≥ Rreg.

2,9 > 2,8 => условие выполнено.

8. Коэффициент теплопередачи чердачного перекрытия:

K=

Определение коэффициента теплопередачи бесчердачного перекрытия.

Конструкция перекрытия:

1. 4 слоя рубероида: δ1=0.25 м; λ1=0.17 Вт/м оС;

2. Цементная стяжка: δ2= 0.02 м; γ2= 1800 кг/м3; λ 2= 0,93 Вт/м оС;

3. Минераловатные плиты: δ3 = ? м; γ3= 200 кг/м3; λ3 = 0.076 Вт/м оС;

4. Цементная стяжка: δ4= 0.02 м; γ4= 1800 кг/м3; λ 4= 0,93 Вт/м оС;

5. Железобетонная плита: δ5 = 0,22 м; γ5= 2500 кг/м3; λ5 = 2,04 Вт/м оС.

Находим данные для расчета:

tint = 16 оС;

text = — 28 оС;

zht= 213 сут;

tht = -3.5 оС;

αint = 8,7 Вт/м2 оС;,

αext = 23 Вт/м2 оС;

Последовательность расчета:

1.Определяем градусо-сутки отопительного периода:

Dd = (tint – tht) . zht = (16 –(- 3,5))·213= 4153,5 °Cсут.

2. По таблице 1* определяем требуемое термическое сопротивление:

Rreq=a·Dd+b=0,0003·4153,5 +1,6=2,8 м2 оС/Вт

3. Определяем общее термическое сопротивление:

R0 = ;

4. Исходя из теплотехнического условия, где Rо ≥ Rreq, приравниваем

R0 к Rreg:

5. Находим толщину утепляющего слоя:

δ3 = (2,8 – 0,71)·0,076 = 0,158м;

6. Определяем общее термическое сопротивление с учетом δ3:

7. Проверяем теплотехническое условие: R0 ≥ Rreq

2,78 ≥ 2,8 => условие выполнено;

8. Коэффициент теплопередачи:

Определение коэффициента теплопередачи наружной двери.

1. Определяем требуемое термическое сопротивление наружной стены по формуле:

2. Требуемое термическое сопротивление наружной двери:

R0дв =0,6·Rreq.ст.=0,6·2,8 = 1,68 м2 оС/Вт,

3. Коэффициент теплопередачи двери:

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.1.

Сводная таблица коэффициентов теплопередачи ограждений.

Таблица 1.1.

№ п/п	Наименование ограждения	м2оС/Вт	К, Вт/м2оС
	Наружная стена	2,09	0,35
	Бесчердачное перекрытие	2,78	0,359
	Наружная дверь	1,68	0,59
	Оконный проем	0,3	3,1
	Пол на грунте I зона
II зона
III зона
IV зона

3.1.4 Выбор и обоснование принятой системы отопления.

Так как у нас производственное двухэтажное здание без подвального помещения и без чердака, выбираем двухтрубную систему отопления с нижней разводкой. При двухтрубной системе отопления с нижней разводкой подающая и обратная магистрали проходят в полу или над полом этажа, а теплоноситель поступает независимо в каждый радиатор. Для удаления воздуха из системы на верхних радиаторах необходимо устанавливать краны для спуска воздуха. К преимуществам этого типа разводки можно отнести хорошую регулировку системы, возможность отключения каждого нагревательного прибора, возможность подключения системы по мере строительства здания, отсутствие перерасхода отопительных приборов, а также отсутствие стояков и подающей магистрали.

3.1.5 Основные расчетные формулы для гидравлического расчета системы отопления.

1) Расчетное циркуляционное давление рассчитывается по формуле:

ΔРр=100·Lцк+Б·3·hэт·nэт(tг-tо);

где:

Lцк – длины циркуляционного кольца.

Б–поправочный коэффициент учитывающий значение естественного циркуляционного давления в период поддержания расчетного гидравлического давления в системе. Принимается Б=1- для насосных однотрубных систем и Б=0.4- для двухтрубных систем.

hэт – высота этажа.

nэт – количество этажей

2) Удельные потери давления от трения на 1м трубы определяются по формуле:

3) Расход воды на участке определяется по формуле:

Где:

β1 и β2 – коэффициент учета дополнительного теплового потока при округлении сверх расчетной величины.

4) Потери давления в основном циркуляционном кольце определяются по формуле:

>Справочник строителя | Обеспечение тепловой устойчивости

СОПРОТИВЛЕНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ

Внешние ограждающие конструкции отапливаемых жилых, производственных и общественных зданий должны не только удовлетворять требованиям прочности, устойчивости, огнестойкости, долговечности, экономичности и современного дизайна, но и иметь соответствующие теплотехнические показатели. Выбор ограждающих конструкций следует производить в зависимости от физических свойств материала, конструктивного решения, температурно-влажностного режима воздуха в здании, климатологических данных района строительства, а также от норм сопротивления теплопередаче, воздухо- и паропроницанию. Для уменьшения колебаний температуры воздуха в помещениях наружные ограждения должны обладать необходимой тепловой устойчивостью.

Для уменьшения потерь теплоты в зимний период и поступления теплоты в летний период при проектировании зданий и сооружений нужно предусматривать: решения, обеспечивающие наименьшую площадь ограждающих конструкций; солнцезащиту световых проемов; рациональное применение эффективных теплоизоляционных материалов; уплотнение притворов и фальцев в заполнениях проемов и сопряжений элементов в наружных стенах и покрытиях. В зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха определяют влажностный режим помещений (табл. 1).

Таблица 1. Классификация помещений по влажности

Режим помещения	Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре
	до 12 °С	свыше 12 до 24 °С	свыше 24 °С
Сухой	До 60	До 50	До 40
Нормальный	Свыше 60 до 75	Свыше 50 до 60	Свыше 40 до 50
Влажный	Свыше 75	Свыше 60 до 75	Свыше 50 до 60
Мокрый		Свыше 75

Архитектурно-строительные решения по ограждающим конструкциям проектируемого здания должны быть такими, чтобы полное термическое сопротивление теплопередаче этих конструкции R0 = 1/k (k — коэффициент теплопередачи) было равным экономически целесообразному сопротивлению теплопередаче R0эк, определенному из условия обеспечения наименьшие приведенных затрат, но не менее требуемого сопротивления теплопередаче R0тр по санитарно-гигиеническим условиям. Если у проектируемого здания предполагается стены выложить из кирпича или природного камня, то можно R0 принимать меньше R0тр, но не более чем на 5 %. Определять сопротивление теплопередаче внутренних ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий и заполнений проемов) нужно только в случаях, когда разность температур внутреннего воздуха в разделяемых этими конструкциями помещениях превышает 10 °С.

Для расчета по санитарно-гигиеническим условиям требуемого сопротивления теплопередаче R0тр, (м2 • °С)/Вт, ограждающих конструкций, за исключением заполнений световых проемов (окон, балконных дверей и фонарей), пользуются формулой

(1)

где n — коэффициент, учитывающий положение ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху (табл. 2); tв — расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая по табл. 2…4 (САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ОТОПЛЕНИЯ); tн — расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, принимаемая по табл. 1 (САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ОТОПЛЕНИЯ) с учетом рекомендаций табл. 3; ?tн — нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 4; ?в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций .

Таблица 2. Значения коэффициента n, учитывающего положение ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху

Ограждающие конструкции
Наружные стены и покрытия; перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными подпольями без ограждающих стенок в Северной строительно-климатической зоне
Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными подпольями с ограждающими стенками и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне	0,9
Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах	0,75
Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли	0,6
Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли	0,4

Таблица 3. Рекомендации по выбору расчетной зимней температуры наружного воздуха

Тепловая инерция D ограждающих конструкций	Температура, которую следует принимать за tн
До 1,5 (безинерционная)	Абсолютная минимальная температура
Свыше 1,5 до 4 (малая инерционность)	Средняя температура наиболее холодных суток*
Свыше 4 до 7 (средняя инерционность)	Средняя температура наиболее холодных трех суток*
Свыше 7 (большая инерционность)	Средняя температура наиболее холодной пятидневки

* Определяют как среднее арифметическое температур наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки, округляя до целого значения.

Таблица 4. Нормативный температурный перепад

Здания и помещения	Значения ?tн ,°С, для
	наружных стен	покрытий и чердачных перекрытий	перекрытий над проездами, подвалами и подпольями
1. Здания жилые, больничных учреждений, детских садов, яслей, комбинатов
2. Здания общеобразовательных детских школ		4,5	2,5
3. Общественные здания, кроме указанных в п. 1 и 2, и вспомогательные здания и помещения промышленных предприятий, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом		5,5	2,5
4. Производственные здания с сухим режимом			2,5
5. Производственные здания с нормальным режимом			2,5
6. Производственные здания, а также помещения общественных зданий и вспомогательных зданий промышленных предприятий с влажным или мокрым режимом, если не допускается конденсация влаги на внутренней поверхности:
стен и потолков	tв — tр	0,8(tв — tр)	2,5
только потолков		0,9(tв — tр)	2,5
7. Производственные здания с влажным или мокрым режимом и агрессивной средой (растворимые соли)	tв — tрр	tв — tр	2,5

Примечания:

1. Для производственных зданий с сухим и нормальным режимом температура внутренней поверхности ограждающей конструкции должна быть не ниже точки росы внутреннего воздуха при расчетной зимней температуре наружного воздуха.

2. Буквенные обозначения: tв — то же, что в формуле (1); tр — точка росы, °С, при расчетной температуре и относительной влажности внутреннего воздуха, принимаемым по ГОСТ 12.1.005-76 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений; tpp — то же, что tр, но с учетом агрессивной среды.

Для дверей (кроме балконных) и ворот требуемое сопротивление теплопередаче следует принимать не менее 0,6R0тр стен зданий и сооружений, определенного по формуле (1) при расчетной зимней температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки.

Для оценки тепловой инерции D многослойной ограждающей конструкции используют формулу

(2)

где R1 R2, …, Rn — термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, (м2 ·°С)/Вт, определяемые по формуле (2.3); s1 s2, …, sn — расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м2 • °С), принимаемые по СНиП II-3-86.

При расчетах коэффициент теплоусвоения воздушных прослоек принимают равным нулю, а слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, не учитывают.

Термическое сопротивление слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однородной (однослойной) ограждающей конструкции

(3)

где ? — толщина слоя, м; ? — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м • °С), принимаемый по СНиП ll-3-86.

Определив требуемое сопротивление R0тр ограждающих конструкций по санитарно-гигиеническим условиям, рассчитывают фактическое сопротивление теплопередаче

(4)

где ?в — то же, что в формуле (1); RK — термическое сопротивление ограждающей конструкции, (м2 • °С)/Вт, определяемое при однородной (однослойной) конструкции по формуле (3), при многослойной — по формулам (5) и (7) или (9); ?н — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, Вт/(м2 • °С), принимаемый по табл. 5.

Таблица 5. Значения коэффициента теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций для зимних условий

Ограждающие конструкции	?н, Вт/(м2 · °С)
Наружные стены, покрытия, перекрытия над проездами и холодными подпольями без ограждающих стенок в Северной строительно-климатической зоне
Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия над холодными подпольями с ограждающими стенками и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне
Перекрытия чердачные и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах
Перекрытия над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли

У ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями термическое сопротивление RK определяют как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:

(5)

где R1, R2,…., Rn — то же, что в формуле (2); Rв.n. — термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимаемое по табл. 6.

Таблица 6. Термические сопротивления замкнутых воздушных прослоек

Толщина воздушной прослойки, м	Значения термического сопротивления Rв.n, (м2·°С)/Вт, прослойки
	горизонтальной при потоке теплоты снизу вверх и вертикальной	горизонтальной при потоке теплоты сверху вниз
0,01	0,13/0,15	0,14/0,15
0,02	0,14/0,15	0,15/0,19
0,05	0,14/0,17	0,17/0,22
0,1	0,15/0,18	0,18/0,23
0,15	0,15/0,19	0,19/0,24
0,2…0,3	0,15/0,19	0,19/0,24

Примечания:

1. В числителе — при положительной температуре воздуха в прослойке, в знаменателе — при отрицательной.

2. При оклейке одной или обеих поверхностей воздушной прослойки алюминиевой фольгой термическое сопротивление следует увеличивать в 2 раза.

У неоднородной ограждающей конструкции (например, у многослойной каменной стены облегченной кладки с теплоизоляционным слоем, рис. 1) приведенное термическое сопротивление Rкпр, (м2·°С)/Вт, определяют следующим образом.

Рисунок 1. Варианты схем теплопроводных включений в ограждающие конструкции

Условно разрезают плоскостями, параллельными направлению теплового потока, ограждающую конструкцию (или часть ее) на участки, из которых одни могут быть однородными (однослойными) — из одного материала, а другие неоднородными — из слоев различных материалов, и термическое сопротивление ограждающей конструкции Ra определяют по формуле

(6)

где F1,F2,…,Fn — площади отдельных участков конструкции (или части ее), м2; R1,R2,…,Rn — термические сопротивления указанных отдельных участков конструкции, определяемые по формуле (2.3) для однородных участков и по формуле (5) для неоднородных участков.

Затем ограждающую конструкцию (или часть ее, взятую для определения Ra) условно разрезают на слои плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока. Одни из этих слоев также могут быть однородными — из одного материала, а другие неоднородными — из однослойных участков разных материалов.

Термическое сопротивление однородных слоев находят по формуле (3), неоднородных слоев — по формуле (5), а термическое сопротивление ограждающей конструкции Rb определяют как сумму термических сопротивлений отдельных однородных и неоднородных слоев — по формуле (5).

Приведенное термическое сопротивление ограждающей конструкции рассчитывают по формуле

(7)

Если Ra превышает Rb более чем на 25 % или ограждающая конструкция имеет выступы на поверхности, то приведенное термическое сопротивление Rкпр определяют на основании расчета температурного поля в такой последовательности.

Определив tB и tн, находят средние температуры внутренней тв.ср и наружной тн.ср поверхностей ограждающей конструкции, после чего вычисляют расчетный тепловой поток, Вт/м2,

(8)

где ?в, tв и tн — то же, что в формуле (1); ?н — то же, что в формуле (4).

Затем определяют приведенное термическое сопротивление неоднородной конструкции

(9)

Приведенное фактическое сопротивление теплопередаче R0, (м2·°С)/Вт, неоднородной ограждающей конструкции находят по формуле

(10)

где tв и tн — то же, что в формуле (1); qрасч — то же, что в формуле (8).

Приведенное фактическое сопротивление теплопередаче наружных панельных стен жилых зданий можно определять по формуле

(11)

где R0усл — сопротивление теплопередаче панельных стен, условно определяемое по формуле (4) без учета теплопроводных включений, (м2·°С )/Вт; r — коэффициент, учитывающий влияние стыков, обрамляющих ребер и других теплопроводных включений (принимается на основании расчета температурного поля или находится экспериментально).

Внутренние поверхности ограждающей конструкции по теплопроводному включению (диафрагма, сквозной шов из раствора, стык панелей, жесткие связи стен облегченной кладки, элементы фахверка и др.), если не допускается выпадения конденсата по включению, должны иметь температуру не ниже точки росы внутреннего воздуха при расчетной зимней температуре наружного воздуха, или, если допускается кратковременное (не более 5 сут) образование конденсата по включению, — при средней температуре наиболее холодной пятидневки наружного воздуха.

Для определения точки росы в местах теплопроводных включений ограждающих конструкций относительную влажность внутреннего воздуха жилых зданий, больничных учреждений, диспансеров, амбулаторно-поликлинических учреждений, родильных домов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, общеобразовательных детских школ, детских садов, яслей и детских домов принимают равной 55 %, а всех других общественных зданий — 50 %.

Температуру внутренней поверхности тв, °С, ограждающей конструкции без теплопроводного включения определяют по формуле

(12)

где tB, tн, и ?в — то же, что в формуле (1); R0 — то же, что в формуле (4).

В местах теплопроводных включений низшую температуру внутренней поверхности ?’в, °С, ограждающей конструкции можно определять по формуле

(13)

где R’0 и R0усл — сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, (м2 • °С)/Вт, соответственно в местах теплопроводных включений и вне этих мест, определяемые по формуле (4); ? — коэффициент, принимаемый по табл. 7 и 8.

Таблица 7. Коэффициент η при различных схемах теплопроводных включений в ограждающую конструкцию

Номер схемы (см. рис. 1)	Значения η при α/δ
	0,02	0,06	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,5
I	0,12	0,24	0,38	0,55	0,74	0,83	0,87	0,90	0,95
II	0,07	0,15	0,26	0,42	0,62	0,73	0,81	0,85	0,94
III	0,25	0,50	0,96	1,26	1,27	1,21	1,16	1,10	1,00
IV	0,04	0,10	0,17	0,32	0,50	0,62	0,71	0,77	0,89

Примечания:

1. При α/δ > 1,5 низшую температуру внутренней поверхности о ограждающей конструкции следует рассчитывать по формуле (12).

2. При промежуточных значениях α/δ коэффициент можно определять интерполяцией.

Таблица 8. Коэффициент ? при V схеме (см. рис. 1) теплопроводных включений

δв/δ
	0,04		0,08		0,12	0,14	0,16	0,18
0,5	0,011	0,025	0,044	0,071	0,102	0,136	0,17	0,205
0,25	0,006	0,014	0,025	0,04	0,054	0,074	0,092	0,112

Примечание. В пределах указанных в табл. 7 значений α/δ коэффициент η можно определить интерполяцией.

Экономически целесообразное термическое сопротивление теплоизоляционного слоя (утеплителя) Rутэк, (м2 • °С)/Вт, многослойной ограждающей конструкции, а также однородной (однослойной) конструкции предварительно можно определять по формуле

(14)

где tв — расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая по нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений; tот.пер — средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С; zот.пер — продолжительность отопительного периода, ч; m — коэффициент, учитывающий дополнительные потери теплоты на инфильтрацию наружного воздуха, принимаемый равным 1,05; Ст — стоимость тепловой энергии, руб./Дж, определяемая по действующему прейскуранту; lт — коэффициент, учитывающий изменение стоимости тепловой энергии на перспективу; λyт — расчетный коэффициент теплопроводности материала теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции или однородной (однослойной) ограждающей конструкции, Вт/(м • °С), принимаемый по СНиП Н-3-86; Сут — стоимость материала теплоизоляционного слоя многослойной конструкции или стоимость однородной ограждающей конструкции, руб./м3; Енп — норматив для приведения разновременных затрат, принимаемый равным 0,08. Экономически целесообразное сопротивление теплопередаче R0эк, (м2·°С)/Вт, многослойной или однослойной ограждающей конструкции предварительно определяют по формуле

(15)

где αв и αн — то же, что в формуле (4); Rутэк — то же, что в формуле (14); ΣRк.с — сумма термических сопротивлений конструктивных слоев, (м2· °С)/Вт, многослойной ограждающей конструкции, определяемых по формуле (3).

Толщину теплоизоляционного слоя (утеплителя) многослойной ограждающей конструкции ?ут, м, а также толщину однородной (однослойной) конструкции предварительно определяют по формуле

(16)

где Rутэк и λyт — то же, что в формуле (14).

Путем анализа вариантов ограждающих конструкций с различным сопротивлением теплопередаче R0 определяют экономически целесообразное сопротивление теплопередаче Rэк0 исходя из условия обеспечения наименьших приведенных затрат П, руб./м2, которые подсчитывают по формуле

(17)

где Сд — единовременные затраты (себестоимость строительно-монтажных работ), руб./м2, определяемые по действующим для конкретного района нормативам для расчета сметной стоимости строительства; tв, tот.лер, zот.лер, m, Ст, lт, Ен.п — то же, что в формуле (14); R0 — сопротивление теплопередаче, (м2·°С)/Вт, ограждающей конструкции, принимаемое для вариантов расчета равным или близким значению, определенному по формуле (15).

>Коэффициент теплоотдачи

Определение и формула коэффициента теплоотдачи

Конвективный теплообмен — обмен теплотой между частями жидкости (газа), имеющими разную температуру или между жидкостью (газом) и твердым телом. Конвективный теплообмен между жидкостью и твердым телом называют теплоотдачей.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ Коэффициентом теплоотдачи называется физическая величина, которая характеризует интенсивность теплоотдачи при известном изменении температуры.

Этот коэффициент часто используют в гидроаэродинамике, когда исследуют конвективный теплообмен. Часто ее обозначают буквой . Коэффициент равен:

где — плотность теплового потока, — температурный напор. Величина q — это количество теплоты, которое передается через единичную площадь поверхности тела в единицу времени. находят как модуль разности температур жидкости и поверхности тела. Иногда температурный напор находят, например, в случае обтекания тела потоком сжимаемой жидкостью, считают равным модулю разности температуры жидкости далеко от тела и температурой поверхности тела, которая была бы в отсутствии теплообмена.

Коэффициент теплоотдачи зависит от скорости потока носителя тепла, вида течения, какова геометрия поверхности твердого тела и т.д. Это сложная величина и ее невозможно определить общей формулой. Обычно коэффициент теплоотдачи находят экспериментально.

Так, для условий свободной конвекции воздуха: (Вт/м2К), воды: (Вт/м2К). При вынужденной конвекции величины коэффициента теплоотдачи колеблются в пределах: для воздуха: (Вт/м2К), для воды: (Вт/м2К).

Формула Ньютона-Рихмана

Коэффициент теплоотдачи входит в выражение для потока тепла в веществе жидкой или газообразной среды с интенсивным изменением температуры при увеличении расстояния от охлаждаемого или нагреваемого объекта:

где — количество теплоты, которая отводится от поверхности, имеющую площадь S, — температура вещества (жидкости, газа), — температура поверхности тела. Выражение (2) называется формулой Ньютона — Рихмана.

Так как интенсивность теплообмена может изменяться при передвижении вдоль площади соприкосновения жидкого носителя с поверхностью твердого тела, вводят местный коэффициент теплоотдачи, который равен:

На практике чаще применяют средний коэффициент теплоотдачи , вычисляя его по формуле:

где температуры берут средние для поверхности и для вещества.

Дифференциальное уравнение теплоотдачи

Дифференциальное уравнение теплоотдачи показывает связь между коэффициентом теплоотдачи и полем температур среды (жидкости или газа):

где , — градиент температуры, индекс n=0 значит то, что градиент берут на стенке.

Критерий Нуссельта

Критерий Нуссельта () является характеристикой теплообмена на границе между жидкостью и стеной:

где — характерный линейный размер, — коэффициент теплопроводности жидкости. Для стационарного процесса критерий Нуссельта находят, используя критериальное уравнение конвективного теплообмена:

где постоянные. — критерий Рейнольдса, — критерий Прандтля, — критерий Грасгофа.

Коэффициент теплоотдачи и его связь с коэффициентом теплопередачи

Коэффициентом теплопередачи через плоскую стенку связан с коэффициентами теплоотдачи выражением:

где — коэффициент теплоотдачи от первой среды к стенке, — коэффициент теплоотдачи от стенки ко второй среде, — толщина стенки, — коэффициент теплопроводности стенки.

>Единицы измерения

Основной единицей измерения коэффициента теплоотдачи в системе СИ является:

=Вт/м2К

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Вычислите тепловой поток, который передается от воды к стенке трубы горизонтального трубчатого радиатора, если средний коэффициент теплоотдачи равен Вт/м2К, внутренний диаметр трубы равен м, длина трубы м. Средняя температура воды в трубе по длине равна 80oC, температура внутренней стенке трубы
Решение	За основу решения задачи примем выражение: Площадь поверхности трубы найдем как площадь боковой поверхности цилиндра: Тогда искомая величина равна: Проведем вычисления:
Ответ	Вт

ПРИМЕР 2

Задание	Рассчитайте коэффициент теплопередачи через однослойную плоскую стенку. Внутренний толщина стенки равна м, коэффициент теплопроводности Вт/мК. Внутренняя поверхность стенки соприкасается с горячим веществом температуры наружная стенка взаимодействует с холодным носителем Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке — Вт/м2К, от стенки к холодному веществу — Вт/м2К.
Решение	Схему передачи тепла через стенку изобразим на рис.1. Рис. 1 В качестве основы для решения задачи используем формулу: Проведем вычисления: (Вт/м2К)
Ответ	Вт/м2К

Расчет тепловыделений в производственных

⇐ Предыдущая1234

Помещениях

а) Тепловыделения от нагретых поверхностей оборудования определяются по формуле

Q =F× K1×(tПОВ- tВ), ккал/ч, (1)

где F — теплоизлучающая поверхность, м2;

К1 — коэффициент теплообмена, кал/м2×ч×°С,

для поверхности нагретых предметов К1= 8,4 ;

tПОВ — температура наружной поверхности оборудования,°С;

tB — температура воздуха в помещении,°С;

б) Тепловыделения от остывающих продуктов и материалов определяются по формуле

QM = MM×CM×(tНАЧ — tКОН), ккал/ч; (2)

где MM — количество остывающего материала, кг/ч;

СM — теплоемкость материала, ккал/кг×°С;

tНАЧ, tКОН — начальная и конечная температуры,°С,

остывающего материала.

в) Тепловыделения от электрооборудования, потребляемого электроэнергию, определяется по формуле

QОБ= 860×NУСТ×К1×К2 , ккал/ч (3)

где NУСТ -установочная мощность оборудования, кВт;

К1 — коэффициент использования установочной мощности

(К1= 0,95);

K2 — коэффициент одновременности работы оборудования,

К2= 0,8 ÷ 1,0 (чаще принимается равным 1);

860 — тепловой эквивалент 1кВт.ч, т.е. тепло, эквивалентное 1кВт.ч электрической энергии.

г) Тепловыделения от искусственного освещения определяются по формуле

QОСВ= 860×NУСТ×К1 , ккал/ч (4)

где NУСТ — суммарная установочная мощность осветительных

установок, кВт;

K1 — коэффициент способа установки источников света (для открытых потолочных подвесных светильников К1= 1; для светильников с лампами накаливания, закрытых матовыми стеклами К1= 0,7; для светильников, встроенных в подвесной потолок К1= 0,15 ÷ 0,45 — наименьшее значение соответствует способу установки, при котором часть тепла отводится через вентиляционные панели в потолочном перекрытии, наибольшее — когда все тепло от светильников поступает в помещение. При отсутствии данных по проектной мощности осветительных установок удельные тепловыделения от освещения рассчитываются на: 1 люкс освещенности и принимаются равными:

при использовании ламп накаливания – 0,15 ÷ 0,2 ккал/ч на 1 м2 площади помещения;

при использовании люминесцентных ламп — 0,05 ккал/ч на 1 м2 площади пола.

д) Тепловыделения от электродвигателей, встроенных в оборудование, рассчитывается по формуле

Qобор= 860×Nоб×К1×К2×К3, ккал/ч (5)

где Noб — установочная мощность оборудования (электродвигателей, кВт);

К1 — коэффициент загрузки электродвигателей (отношение средней

мощности электродвигателя к номинальной) К1= 0,5 ÷ 0,8;

K2 — коэффициент одновременности работы оборудования

(K2= 0,5 ÷ 1,0);

К3 — коэффициент тепловыделения оборудования с учетом уноса

теплоты из помещения с материалами, водой, воздухом и т.д.

(К3= 0,1 ÷ 1,0); для насосов и вентиляторов К3= 0,1 ÷ 0,3;

для металлорежущих станков К3= 1,0.

е) Тепловыделения от электродвигателей, установленных в помещении, определяются по формуле

Qэл.двиг=860×Nэл.двиг×K1×K2 × , ккал/ч (6)

где Nэл.двиг — мощность электродвигателей, кВт;

К1, .K2- см. предыдущую формулу;

— КПД электродвигателя.

ж) Количество тепла, выделяемого людьми (прил.3), зависит от метеорологических условий в помещении и степени тяжести выполняемых работ. Различают тепловыделения от людей по явному теплу, вследствие теплообмена поверхности тела с окружающим воздухом qяп, и тепловыделения по полному теплу с учетом скрытого тепла испарения водяных паров, выделяемых человеком qпя,

Общее количество тепла, выделяемого людьми, определяется по формуле

Qяп = qяп × n , ккал/ч; (7)

Qпя, = qпя,× n , ккал/ч; (8)

где qяп, qпя — тепловыделения одним человеком по явному и

полному теплу ккал/ч;

n — число людей в помещении.

Количество явного тепла Qяп учитывается при определении необходимого воздухообмена общеобменной вентиляцией, Qпя учитывается при расчетах тепловой нагрузки на кондиционер.

з) Тепловой поток, поступающий в помещение от солнечной радиации, определяется по формуле

Qсолн =860 × Fост × qрад × Аост ×K × 10-3, ккал/ч (9)

где Fост- поверхность остекления, м2 ;

qрад — количество тепла, поступающего в помещение через 1 м2

остекленной поверхности, Вт/м2 (прил. 4);

аост — коэффициент, зависящий от количества рядов стекол

(двойное остекление — 1,15, одинарное — 1,45);

К — коэффициент, учитывающий загрязнение остекления

(0,8 ÷ 0,9).

и) Тепловой поток, выделяемый поверхностью нагретой жидкости, определяется по формуле

Qж = Fж × а × ( tж — tB), ккал/ч, (10)

где Fж — площадь нагретой поверхности жидкости, м2 ;

а — коэффициент теплоотдачи от поверхности к воздуху

поме­щения, ккал/ч×м2×°С, значения а определяются по формуле

Как узнать потери тепла в помещении?

Для подбора обогревателя в первую очередь необходимо определить, сколько тепла необходимо подводить в единицу времени, для того чтобы достичь требуемой величины температуры в помещении.

Если посмотреть на формулу расчёта тепловой мощности, то вопрос подбора выглядит весьма туманным.

В формуле:

V – объём помещения, м3

DT – разница между температурой воздуха снаружи помещения и необходимой температурой внутри помещения: DT = Т1- Т2, где

Т1 – температура внутри помещения;

Т2 – температура снаружи.

K – коэффициент рассеивания тепла, зависящий напрямую от качества теплоизоляции помещения

Коэффициент рассеивания тепла

Для помещений с высокой степенью теплоизоляции К=0,6-0,9.

В эту группу входит помещения новых зданий с толщиной стенки в два кирпича (не менее 50 см), с наружной фасадной теплоизоляцией, с современными стеклопакетами или с небольшим количеством окон со сдвоенной рамой, толстое основание пола (для первых этажей) или для помещений выше первого этажа, с крышей из высококачественных теплоизоляционных оснований.

Для таких помещений чаще всего принимают коэффициент теплового рассеивания равным К=0,75.
Для помещений со средней степенью теплоизоляции К=1,0-1,6.

В эту группу входит помещения старых, не прошедших капитальный ремонт зданий, с толщиной стенки в два кирпича (не менее 50 см), без наружной фасадной теплоизоляцией, с небольшим количеством окон со сдвоенной рамой, со стандартной кровлей.

Для таких помещений чаще всего принимают коэффициент теплового рассеивания равным К=1,3.

Для помещений со степенью теплоизоляции ниже средней К=1,5-1,9.

В эту группу входит помещения старых, не прошедших капитальный ремонт зданий, с толщиной стенки в полтора кирпича (толщина стенки 38 см), без наружной фасадной теплоизоляцией, с небольшим количеством окон со сдвоенной рамой, со стандартной кровлей.

Для таких помещений чаще всего принимают коэффициент теплового рассеивания равным К=1,7.

Для помещений с низкой степенью теплоизоляции К=2,0-2,9.

В эту группу входит помещения старых, не прошедших капитальный ремонт зданий с упрощенной конструкцией, с толщиной стенки в один кирпич (не более 25 см), без наружной фасадной теплоизоляцией, с упрощенной конструкцией окон и кровли.

Для таких помещений чаще всего принимают коэффициент теплового рассеивания равным К=2,4.

Для помещений без теплоизоляции К=3,0-4,0.

В эту группу входит помещения в упрощенных деревянных конструкциях (бараках и сараях) или конструкциях из профлиста или металлического листового материала (неутепленные склады и металлические гаражи.

Для таких помещений чаще всего принимают коэффициент теплового рассеивания равным К=3,5.

Для теплиц из теплоизолированного стекла К=3,8.

Для теплиц из обычного стекла К=7,6.

Расчёт объема помещения

Для расчёта объёма нам необходимо знать длину, ширину и высоту помещения.

В офисных помещениях высота помещения находится в пределах 2,5-3,0 метров, на складах – 4,5-6,0 метра.

Температура внутри помещения

По нашим строительным нормам температура воздуха внутри помещения в офисных и жилых помещения, а также на рабочих зонах не должна быть ниже 18°С.

Для детских и социальных предприятий (театры, концертные залы) температура не должна опускаться ниже 22°С.

Не рекомендуется в рабочих помещениях поднимать температуру выше 24°С, так как это может привести к снижению производительности труда.

Температура снаружи

Параметр температуры снаружи помещения выглядит весьма туманным и зависит как от объективных факторов (географическое расположение помещения), так и субъективных (боязнь замерзнуть или желание сэкономить на оборудовании).

Так среднестатистическая минимальная температура по Украине -15°С.

Ещё один момент.

Если внутри помещения в самое холодное время температура не падает ниже какого-то положительного значения, например, ниже +5°С (уже есть какой-то источник тепла, но его мощности не достаточно), то какое значение минимальной температуры в этом случае следует взять?

Может быть, для компенсации теплового дефицита следует взять нижнюю температуру внутри помещения?

Разница температур T

Если за расчёт брать температуру внутри помещения для большинства случаев +18°С, а снаружи минимальную среднестатистическую температуру по Украине, то разница температур будет выглядеть следующим образом:

Дельта T = 18°С – (-15°С) = 33°С .
Теперь расчет:
Например квартира в хрущовке.

V – 34 м2(площадь) *2,7 м (высота потолков) = 92 м 3

DT – разница между температурой воздуха снаружи помещения и необходимой температурой внутри помещения: DT = Т1- Т2, где

Т1 – температура внутри помещения;

Т2 – температура снаружи.
Дельта T = 18°С – (-15°С) = 33°С .

K – коэффициент рассеивания тепла, зависящий напрямую от качества теплоизоляции помещения
Коэффициент рассеивания тепла =2,4
Расчёт тепловой мощности =92м3 Х 33°С Х 2,4/860=7286/860=8,47 кВт.
Выводы:
1. Утепляйте помещение (наружные стены, потолок, пол), меняйте окна и двери, сделайте тамбур, утепляйте входные двери, застеклите балкон, закрывайте двери в подъездах.
И тогда:
Расчёт тепловой мощности =92м3 Х 33°С Х 0,75/860=2277/860=2,65 кВт.
2. Экономьте на обогревателях и тогда температура в помещении будет максимально близкой к температуре снаружи.
3. Закупите нужное количество обогревателей. Помните про тарифы на електричество.
4. Просмотрите обогреватели EKOSTAR. Потребление електроенергии в два раза ниже чем у других обогревателей. .

>Расчет теплопотерь: показатели и калькулятор теплопотерь здания

Основные параметры для расчета теплопотерь

Теплопотери любого помещения зависят от трех базовых параметров:

• объем помещения – нас интересует объем воздуха, который необходимо отопить
• разницу температуры внутри и снаружи помещения – чем больше разница тем быстрее происходит теплообмен и воздух теряет тепло
• теплопроводность ограждающих конструкций – способность стен, окон удерживать тепло

Самый простой рассчет теплопотерь

Qт (кВт/час)=(100 Вт/м2 x S (м2) x K1 x K2 x K3 x K4 x K5 x K6 x K7)/1000

Данная формула расчета теплопотерь по укрупненным показателям, в основе которых лежат усредненные условия 100 Вт на 1кв метр. Где основными рассчетными показателями для расчета системы отопления являются следующие величины:

Qт- тепловая мощность предполагаемого отопителя на отработанном масле, кВт/час.

100 Вт/м2 — удельная величина тепловых потерь (65-80 ватт/м2). В нее входят утечки тепловой энергии путем ее поглощения оконами, стенами, потолком полом; утечки через вентиляцию и негерметичности помещения и другие утечки.

S — площадь помещения;

K1 — коэффициент теплопотерь окон:

• обычное остекление К1=1,27
• двойной стеклопакет К1=1,0
• тройной стеклопакет К1=0,85;

К2 — коэффициент теплопотерь стен:

• плохая теплоизоляция К2=1,27
• стена в 2 кирпича или утеплитель 150 мм толщиной К2=1,0
• хорошая теплоизоляция К2=0,854

К3 коэффициент соотношения площадей окон и пола:

• 10% К3=0,8
• 20% К3=0,9
• 30% К3=1,0
• 40% К3=1,1
• 50% К3=1,2;

K4 — коэффициент наружной температуры:

• -10oC K4=0,7
• -15oC K4=0,9
• -20oC K4=1,1
• -25oC K4=1,3
• -35oC K4=1,5;

K5 — число стен, выходящих наружу:

• одна — К5=1,1
• две К5=1,2
• три К5=1,3
• четыре К5=1,4;

К6 — тип помещения, которое находится над расчитываемым:

• холодный чердак К6=1,0
• теплый чердак К6=0,9
• отапливаемое помещение К6-0,8;

K7 — высота помещения:

• 2,5 м К7=1,0
• 3,0 м К7=1,05
• 3,5 м К7=1,1
• 4,0 м К7=1,15
• 4,5 м К7=1,2.

Упрощенный рассчет теплопотерь дома

Qт = ( V x ∆t x k )/860; ( кВт )

V — объем помещения ( куб.м )
∆t — дельта температур (уличной и в помещении)
k — коэффициент рассеивания

• k= 3,0-4,0 – без теплоизоляции. (Упрощенная деревянная конструкция или конструкция из гофрированного металлического листа).
• k= 2,0-2,9 – небольшая теплоизоляция. (Упрощенная конструкция здания, одинарная кирпичная кладка, упрощенная конструкция окон и крыши).
• k= 1,0-1,9 – средняя теплоизоляция. (Стандартная конструкция, двойная кирпичная кладка, небольшое число окон, крыша со стандартной кровлей).
• k= 0,6-0,9 – высокая теплоизоляция. (Улучшенная конструкция, кирпичные стены с двойной теплоизоляцией, небольшое количество окон со сдвоенными рамами, толстое основание пола, крыша из высококачественного теплоизоляционного материала).

В данной формуле очень условно учитываются коэффициент рассеивания и не совсем понятно каким коэффициентами пользоваться. В классике редкое современное, выполненное из современных материалов с учетом действующих стандартов, помещение обладает ограждающими конструкциями с коэффициентом рассеивания более одного. Для более детального понимания методики расчёта предлагаем следующие более точные методики.

Рекомендуемый рассчет теплопотерь дома

Сразу же акцентирую ваше внимание на то, что ограждающие конструкции в основном не являются однородными по структуре, а обычно состоят из нескольких слоёв. Пример: стена из ракушника = штукатурка + ракушник + наружная отделка. В эту конструкцию могут входить и замкнутые воздушные прослойки (пример: полости внутри кирпичей или блоков). Вышеперечисленные материалы имеют отличающиеся друг от друга теплотехнические характеристики. Основной такой характеристикой для слоя конструкции является его сопротивление теплопередачи R.

R=ΔT/q

q – это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности (измеряется обычно в Вт/м.кв.)

ΔT — разница между температурой внутри рассчитываемого помещения и наружной температурой воздуха (температура наиболее холодной пятидневки °C для климатического района в котором находится рассчитываемое здание).
В основном внутренняя температура в помещениях принимается:

• Жилые помещения 22С
• Нежилые 18С
• Зоны водных процедур 33С

Когда речь идёт о многослойной конструкции, то сопротивления слоёв конструкции складываются. Отдельно хочу акцентировать ваше внимание на расчётном коэффициенте теплопроводности материала слоя λ Вт/(м°С). Так как производители материалов чаще всего указывают его. Имея расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя конструкции мы легко можем получить сопротивление теплопередачи слоя:

R=δ/λ

δ — толщина слоя, м;

λ — расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя конструкции, с учетом условий эксплуатации ограждающих конструкций, Вт / (м2 оС).

Итак для расчёта тепловых потерь через ограждающие конструкции нам нужны:

1. Сопротивление теплопередачи конструкций (если конструкция многослойная то Σ R слоёв) R
2. Разница между температурой в расчётном помещении и на улице (температура наиболее холодной пятидневки °C. ). ΔT
3. Площади ограждений F (Отдельно стены, окна, двери, потолок, пол)
4. Ориентация здания по отношению к сторонам света.

Формула для расчёта теплопотерь ограждением выглядит так:

Qогр=(ΔT / Rогр)* Fогр * n *(1+∑b)

Qогр — тепло потери через ограждающие конструкции, Вт
Rогр – сопротивление теплопередаче, м.кв.°C/Вт; (Если несколько слоёв то ∑ Rогр слоёв)
Fогр – площадь ограждающей конструкции, м;
n – коэффициент соприкосновения ограждающей конструкции с наружным воздухом.

Тип ограждающей конструкции	Коэффициент n
1. Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным воздухом), перекрытия чердачные (с кровлей из штучных материалов) и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне	1
2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне	0,9
3. Перекрытия над не отапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах	0,75
4. Перекрытия над не отапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенные выше уровня земли	0,6
5. Перекрытия над не отапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли	0,4

(1+∑b) – добавочные потери теплоты в долях от основных потерь. Добавочные потери теплоты b через ограждающие конструкции следует принимать в долях от основных потерь:

а) в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад — в размере 0,1, на юго-восток и запад — в размере 0,05; в угловых помещениях дополнительно — по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад и 0,1 — в других случаях;

б) в помещениях, разрабатываемых для типового проектирования, через стены, двери и окна, обращенные на любую из сторон света, в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 для угловых помещений (кроме жилых), а во всех жилых помещениях — 0,13;

в) через не обогреваемые полы первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха минус 40 °С и ниже (параметры Б) — в размере 0,05,

г) через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты в размере: 0,2 Н — для тройных дверей с двумя тамбурами между ними; 0,27 H — для двойных дверей с тамбурами между ними; 0,34 H — для двойных дверей без тамбура; 0,22 H — для одинарных дверей;

д) через наружные ворота, не оборудованные воздушными и воздушно-тепловыми завесами, — в размере 3 при отсутствии тамбура и в размере 1 — при наличии тамбура у ворот.

Для летних и запасных наружных дверей и ворот добавочные потери теплоты по подпунктам “г” и “д” не следует учитывать.

Отдельно возьмём такой элемент как пол на грунте или на лагах. Здесь есть особенности. Пол или стена, не содержащие в своем составе утепляющих слоев из материалов с коэффициентом теплопроводности λ меньше либо равно 1,2 Вт/(м °С), называются не утепленными. Сопротивление теплопередаче такого пола принято обозначать Rн.п, (м2 оС) / Вт. Для каждой зоны не утепленного пола предусмотрены нормативные значения сопротивления теплопередаче:

• зона I — RI = 2,1 (м2 оС) / Вт;
• зона II — RII = 4,3 (м2 оС) / Вт;
• зона III — RIII = 8,6 (м2 оС) / Вт;
• зона IV — RIV = 14,2 (м2 оС) / Вт;

Первые три зоны представляют собой полосы, расположенные параллельно периметру наружных стен. Остальную площадь относят к четвертой зоне. Ширина каждой зоны равна 2 м. Начало первой зоны находится в месте примыкания пола к наружной стене. Если неутеплёный пол примыкает к стене заглублённой в грунт то начало переносится к к верхней границе заглубления стены. Если в конструкции пола, расположенного на грунте, имеются утепляющие слои, его называют утепленным, а его сопротивление теплопередаче Rу.п, (м2 оС) / Вт, определяется по формуле:

Rу.п. = Rн.п. + Σ (γу.с. / λу.с)

Rн.п — сопротивление теплопередаче рассматриваемой зоны неутепленного пола, (м2 оС) / Вт;
γу.с — толщина утепляющего слоя, м;
λу.с — коэффициент теплопроводности материала утепляющего слоя, Вт/(м·°С).

Для пола на лагах сопротивление теплопередаче Rл, (м2 оС) / Вт, рассчитывается по формуле:

Rл = 1,18 * Rу.п

Теплопотери каждой ограждающей конструкции считаются отдельно. Величина теплопотерь через ограждающие конструкции всего помещения будет сумма теплопотерь через каждую ограждающую конструкцию помещения. Важно не напутать в измерениях. Если вместо (Вт) появится (кВт) или вообще (ккал) получите неверный результат. Ещё можно по невнимательности указать Кельвины (K) вместо градусов Цельсия (°C).

Продвинутый рассчет теплопотерь дома

Отопление в гражданских и жилых зданиях теплопотери помещений состоят из теплопотерь через различные ограждающие конструкции, такие как окна, стены, перекрытия, полы а также теплорасходов на нагревание воздуха, который инфильтрируется сквозь неплотности в защитных сооружениях (ограждающих конструкциях) даного помещения. В промышленных зданиях существуют и другие виды теплопотерь. Расчет теплопотерь помещения производится для всех ограждающих конструкций всех отапливаемых помещений. Могут не учитываться теплопотери через внутренние конструкции, при разности температуры в них с температурой соседних помещений до 3С. Теплопотери через ограждающие конструкции расчитываются по следующей формуле, Вт:

Qогр = F ( tвн – tнБ) (1 + Σ β ) n / Rо

tнБ – темп-ра наружного воздуха, оС;
tвн – темп-ра в помещении, оС;
F – площадь защитного сооружения, м2;
n – коэффициент, который учитывает положение ограждения или защитного сооружения (его наружной поверхности) относительно наружного воздуха;
β – теплопотери добавочные, доли от основных;
Rо – сопротивление теплопередаче, м2·оС / Вт, которое определяется по следующей формуле:

Rо = 1/ αв + Σ ( δі / λі ) + 1/ αн + Rв.п., где

αв – коэффициент тепловосприятия ограждения (его внутренней поверхности), Вт/ м2·оС;
λі и δі – расчетный коэффициент теплопроводности для материала данного слоя конструкции и толщина этого слоя;
αн – коэффициент теплоотдачи ограждения (его наружной поверхности), Вт/ м2· оС;
Rв.n – в случае наличия в конструкции замкнутой воздушной прослойки, ее термосопротивление, м2· оС / Вт (см. табл.2).
Коэф-ты αн и αв принимаются согласно СНиП а для некоторых случаев приведены в таблице 1;
δі – обычно назначается согласно заданию или определяется по чертежах ограждающих конструкций;
λі – принимается по справочникам.

Таблица 1. Коэффициенты тепловосприятия αв и теплоотдачи αн

Поверхность ограждающей конструкции	αв , Вт/ м2· оС	αн , Вт/ м2· оС
Поверхность внутренняя полов, стен, гладких потолков	8,7	—
Поверхность наружная стен, бесчердачных перекрытий	—	23
Перекрытия чердачные и перекрытия над подвалами неотапливаемыми со световыми проемами	—	12
Перекрытия над подвалами неотапливаемыми без световых проемов	—	6

Таблица 2. Сопротивление термическое замкнутых воздушных прослоек Rв.n, м2· оС / Вт

Толщина прослойки воздушной, мм	Горизонтальная и вертикальная прослойки при тепловом потоке снизу вверх		Прослойка горизонтальная при тепловом потоке сверху вниз
	При температуре в пространстве воздушной прослойки
	+	—	+	—
10	0,13	0,15	0,14	0,15
20	0,14	0,15	0,15	0,19
30	0,14	0,16	0,16	0,21
50	0,14	0,17	0,17	0,22
100	0,15	0,18	0,18	0,23
150	0,15	0,18	0,19	0,24
200-300	0,15	0,19	0,19	0,24

Для дверей и окон сопротивление теплопередаче рассчитывается очень редко, а чаще принимается в зависимости от их конструкции по справочным данным и СНиПам. Площади ограждений для расчетов определяются, как правило, согласно строительных чертежей. Температуру tвн для жилых зданий выбирают из приложения і, tнБ – из приложения 2 СНиП в зависимости от расположения строительного объекта. Добавочные теплопотери указаны в табл.3, коэф-ент n – в табл.4.

Таблица 3. Добавочные теплопотери

Ограждение, его тип	Условия	Добавочные теплопотери β
Окна, двери и н аружные вертикальные стены:	ориентация на северо-запад восток, север и северо-восток	0,1
	запад и юго-восток	0,05
Наружные двери, двери с тамбурами 0,2 Н без воздушной завесы при высоте строения Н, м	двери тройные с двумя тамбурами	0,2Н
	двери двойные с тамбуром	0,27Н
Угловые помещения дополнительно для окон, дверей и стен	одно из ограждений ориентировано на восток, север, северо-запад или северо-восток	0,05
	другие случаи	0,1

Таблица 4. Величина коэффициента n, который учитывает положение ограждения (его наружной поверхности)

Тип ограждения	n
Перекрытия, имеющие контакт с наружным воздухом и стены наружные	1
Перекрытие чердачное	0,9
Перекрытие над холодным подвалом со стеновыми световыми проемами	0,75
То же без проемов	0,6

Расход тепла на нагревание наружного инфильтрующегося воздуха в общественных и жилых зданиях для всех типов помещений определяется двумя расчетами. Первый расчет определяет расход тепловой энергии Qі на нагревание наружного воздуха, который поступает в і-е помещение в результате действия естественной вытяжной вентиляции. Второй расчет определяет расход тепловой энергии Qі на подогревание наружного воздуха, который проникает в данное помещение сквозь неплотности ограждений в результате ветрового и (или) теплового давлений. Для расчета принимают наибольшую величину теплопотерь из определенных по следующим уравнениям (1) и (или) (2).

Qі = 0,28 L ρн с ( tвн – tнБ) (1)

L, м3/час – расход удаляемого наружу из помещений воздуха, для жилых зданий принимают 3 м3/час на 1 м2 площади жилых помещений, в том числе и кухни;
с – удельная теплоемкость воздуха (1 кДж /(кг · оС));
ρн – плотность воздуха снаружи помещения, кг/м3.

Удельный вес воздуха γ, Н/м3, его плотность ρ, кг/м3, определяются согласно формул:

γ= 3463/ (273 +t) , ρ = γ / g , где g = 9,81 м/с2 , t , ° с– температура воздуха.

Расход теплоты на подогревание воздуха, который попадает в помещение через различные неплотности защитных сооружений (ограждений) в результате ветрового и теплового давлений, определяется согласно формулы:

Qі = 0,28 Gі с ( tвн – tнБ) k, (2)

где k – коэф-ент, учитывающий встредчный тепловой поток, для раздельно-переплетных балконных дверей и окон принимается 0,8, для одинарных и парно-переплетных окон – 1,0;
Gі – расход воздуха, проникающего (инфильтрируещегося) через защитные сооружения (ограждающие конструкции), кг/ч.
Для балконных дверей и окон значение Gі определяется:

Gі = 0,216 Σ F Δ Рі 0,67 / Rи, кг/ч

где Δ Рі – разница давлений воздуха на внутренней Рвн и наружной Рн поверхностях дверей или окон, Па;
Σ F, м2 – расчетные площади всех ограждений здания;
Rи, м2· ч/кг – сопротивление воздухопроницанию даного ограждения, которое может приниматься согласно приложения 3 СНиП. В панельных зданиях, кроме этого определяется дополнительный расход воздуха, инфильтрующегося через неплотности стыков панелей.

Величина Δ Рі определяется из уравнения, Па:

Δ Рі= (H – hі ) (γн – γвн) + 0,5 ρн V2 ( се,n – се,р) k1 – ріnt,
где H, м – высота здания от нулевого уровня до устья вентшахты (в бесчердачных зданиях устье обычно располагается на 1 м выше крыши, а в зданиях, имеющих чердак — на 4–5м выше перекрытия чердака);
hі, м – высота от нулевого уровня до верха балконных дверей или окон, для которых проводится расчет расхода воздуха;
γн , γвн – веса удельные наружного и внутреннего воздуха;
се,рu се,n – аэродинамические коэф-ты для подветренной и наветренной поверхностей здания соответственно. Для прямоугольных зданий се,р = –0,6, се,n= 0,8;

V, м/с – скорость ветра, которую для расчета принимают согласно приложения 2;
k1 – коэффициент, который учитывает зависимость скоростного напора ветра и высоты здания;
ріnt, Па – условно-постоянное давление воздуха, которое возникает при работе вентиляции с принудительным побуждением, при расчете жилых зданий ріnt можно не учитывать, поскольку оно равно нолю.

Для ограждений высотой до 5,0м коэффициент k1равен 0,5, высотой до 10 м равен 0,65, при высоте до 20 м – 0,85, а для ограждений 20 м и выше принимается 1,1.

Общие расчетные теплопотери в помещении, Вт:

Qрасч = Σ Qогр + Quнф – Qбыт

где Σ Qогр – суммарные потери тепла через все защитные ограждения помещения;
Qинф – максимальный расход теплоты на нагревание воздуха, который инфильтрируется принятый из расчетов согласно формул (2) u (1);
Qбыт – все тепловыделения от бытовых электрических приборов, освещения, других возможных источников тепла, которые принимаются для кухонь и жилых помещений в размере 21 Вт на 1 м2 расчетной площади.

Расчет теплопотерь помещения можно считать завешенным. Результаты всех расчетов заносятся в соответствующую таблицу. Справочно: Расчетная температура наружного воздуха в холодный период года
Владивосток -24.
Владимир -28.
Волгоград -25.
Вологда -31.
Воронеж -26.
Екатеринбург -35.
Иркутск -37.
Казань -32.
Калининград -18
Краснодар -19.
Красноярск -40.
Москва -28.
Мурманск -27.
Нижний Новгород -30.
Новгород -27.
Новороссийск -13.
Новосибирск -39.
Омск -37.
Оренбург -31.
Орел -26.
Пенза -29.
Пермь -35.
Псков -26.
Ростов -22.
Рязань -27.
Самара -30.
Санкт-Петербург -26.
Смоленск -26.
Тверь -29.
Тула -27.
Тюмень -37.
Ульяновск -31.