Проектировщику

Расчёт количества и температуры воздуха для отопления и вентиляции

Воздух для отопления подается в помещение нагретым до такой температуры t_г, чтобы в результате его смешения с внутренним воздухом и теплообмена с поверхностью ограждений температура в обслуживаемом помещения не опускалась ниже расчётной. Из основного калориметрического тождества следует, что расчётное количество аккумулированной воздухом теплоты должно быть равно Q_п – максимальной теплопотребности для поддержания в помещении расчетной температуры t_в в помещении, при расчётной температуре наружного воздуха для проектирования отопления в заданном населённом пункте

Q_п =G_от c(t_г – t_в). 

Отсюда расход нагретого воздуха G_от , кг/с, для отопления помещения

где c – удельная массовая теплоемкость воздуха, равная 1005 Дж/(кг ^.°С).

Для получения расхода воздуха в кг/ч следует выражение (1.1) умножить на 3600.

Объем подаваемого воздуха L_от, м³/ч, при температуре t_г нагретого воздуха

Воздухообмен L_п , м³/ч, в помещении несколько отличается от L_от, так как определяется при температуре t_В внутреннего воздуха

где ρ_ги ρ_г – плотность воздуха, кг/м³, при его температуре t_ги t_в.

Если пренебречь влиянием барометрического давления и влажности, то плотность воздуха при температуре t определяется по формуле:

Температура воздуха t_г  должна быть возможно более высокой для уменьшения, как это видно из уравнения (1.1), количества подаваемого воздуха. В связи с этим, соответственно, сокращаются размеры каналов, а также снижается расход электроэнергии при механическом побуждении движения воздуха.

Однако, СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» устанавливается определенный верхний предел температуры – воздух не следует нагревать выше 70°С (и не менее чем на 20°С ниже температуры самовоспламенения газов, паров, аэрозолей и пыли, выделяющихся в помещении). Для завес у внешних ворот и технологических проемов температура подаваемого воздуха ограничивается 70°С; для завес у наружных входных дверей – понижение температуры до 50°С.

Конкретные значения температуры подаваемого воздуха при воздушном отоплении зависят от схемы воздухораспределения. Предварительно задаваемое значение этой температуры должно подтвердиться расчётом воздухораспределения, целью которого, с одной стороны, является подверждение соблюдения выбранной схемы воздухораспределения, а с другой стороны, соблюдение требований действующих нормативных документов к параметрам воздуха в приточной струе при входе её в рабочую (обслуживаемую) зону или на расстоянии 1 м от воздухораспределителей, расположенных в пределах рабочей (обслуживаемой) зоны.

Если требуется лишь отопление обслуживаемых (обслуживаемого) помещений (помещения), то систему устраивают рециркуляционной. Когда же система воздушного отопления совмещена с приточной вентиляцией, то количество подаваемого в помещение воздуха устанавливают следующим образом:

если G_от≥ G_вент (количество воздуха для отопления оказывается равным количеству воздуха, необходимому для вентиляции, или превышает его), то за расчётное принимают количество воздуха, определённое по формуле (1.1), а систему устраивают прямоточной (при G_от=G_вент) или с частичной рециркуляцией (при G_от>G_вент);

если G_вент> G_от (количество вентиляционного воздуха превышает количество воздуха, которое необходимо для отопления), то принимают в качестве расчётного количество воздуха, необходимое для вентиляции, систему устраивают прямоточной, а температуру подаваемого воздуха вычисляют по формуле:

Количество воздуха для отопления помещения или его температуру уменьшают, если в помещении имеются постоянные тепловыделения.

При центральной отопительно-вентиляционной системе температура нагретого воздуха, определяемая по формуле (1.5), может оказаться для каждого помещения различной. Подача в отдельные помещения воздуха при различной температуре технически осуществима. Однако проще подавать во все помещения воздух при одинаковой температуре. Для этого, общую температуру воздуха принимают равной низшей, из расчетных, для отдельных помещений, а количество подаваемого воздуха пересчитывают по формуле (1.1).

После уточнения воздухообмена определяют теплозатраты на нагревание воздуха по формулам:

для рециркуляционной системы воздушного отопления

для частично рециркуляционной отопительно-вентиляционной системы

для прямоточной отопительно-вентиляционной системы

где G_от и G_вен – расход воздуха, кг/с, для целей отопления и вентиляции соответственно;

t_н – расчётная температура наружного воздуха для проектирования отопления.

Воздушное отопление успешно применяется для обогрева помещений, где предусматривается прерывистый характер работ. Малая инерционность данного вида отопления обуславливает эффективность его применения в качестве догрева . В нерабочее время происходит быстрое снижение температуры воздуха в помещении, что снижает теплопотери здания и обеспечивает экономию энергоресурсов. К началу рабочего дня воздушное отопление обеспечит быстрый прогрев охлажденных помещений.

Формулы для определения расчётных тепловых потоков на отопление и вентиляцию по укрупнённным показателям

Ориентировочное значение теплопотерь через ограждающие конструкции здания определяют по формуле

где  QUOTE   – коэффициент учёта района строительства здания:

q – удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м³∙°С) [ккал/(ч∙м³∙°С)], соответствующая расчётной разности температуры  QUOTE   ;

 QUOTE   – объём отапливаемой части здания по наружному обмеру, м³ (высоту отсчитывают от поверхности земли).

Удельная тепловая характеристика, Вт/(м³∙°С), гражданского здания ориентировочно может быть найдена по формуле (без множителя 1,16 при расчёте в ккал/ч)

где  QUOTE   – доля остекления стен;

 QUOTE   и  QUOTE   – площадь соответственно наружных стен и здания в плане, м².

Удельная тепловая характеристика, Вт/(м³∙°С), здания любого назначения более точно может быть определена по формуле, предложенной Н. С. Ермолаевым:

где  QUOTE   – соответственно периметр, площадь и высота здания;

 QUOTE   – соответственно коэффициенты теплопередачи, Вт/(м²∙°С) наружных стен, окон, покрытия и полов.

Коэффициент теплопередачи есть величина, обратная сопротивлению теплопередаче – для несветопрозрачных ограждений – и приведённому сопротивлению теплопередаче – для светопрозрачных ограждений (окон, фонарей, витражей и т.д.), т.е.

С теплопередаче, м²·°С/Вт, однородной однослойной или многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями или ограждающей конструкции в удалении от теплотехнических неоднородностей не менее чем на две толщины ограждающей конструкции следует определять по формуле

где  QUOTE   , a_int — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м²·°С;

 QUOTE   , a_ext — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/ (м²·°С;

 QUOTE   – термическое сопротивление, м²·°С/Вт, однородной однослойной или многослойной ограждающей конструкции, определяемое по формуле:

где  QUOTE   – термические сопротивления отдельных слоёв несветопрозрачной многослойной ограждающей конструкции, м²·°С/Вт;

 QUOTE   – термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки.

Термическое сопротивление, м²·°С/Вт, однородного слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однослойной ограждающей конструкции следует определять по формуле

где  QUOTE   – толщина слоя, м;

 QUOTE   – расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·°С), принимаемый для условий эксплуатации А или Б.

Сопротивление теплопередаче полов следует определять:

а) для неутепленных полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, с коэффициентом теплопроводности l ³ 1,2 Вт/(м²×°С) по зонам шириной 2 м, параллельным наружным стенам, принимая R_с, м²×°С /Вт, равным:

2,1 — для I зоны;

4,3 — " II " ;

8,6 — " III" ;

14,2 — " IV " ; (для оставшейся площади пола);

б) для утепленных полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, с коэффициентом теплопроводности l_h < 1,2 Вт/(м²×°С) утепляющего слоя толщиной d, м, принимая R_h м²×°С/Вт по формуле

l_h; 

в) для полов на лагах, принимая R_h, м²×°С/Вт, по формуле

/l).

 Пример разбивки заглублённых частей наружных стен и пола углового помещения на I – IV расчётные зоны:

Пример разбивки одиночного помещения, ограниченного со всех сторон наружными стенами, на I – IV расчётные зоны (наружные стены не заглублены):

Пример разбивки одиночного помещения, ограниченного с двух сторон наружными стенами, на I – IV расчётные зоны (наружные стены не заглублены):

Пример разбивки одиночного помещения, ограниченного с трёх сторон наружными стенами, на I – IV расчётные зоны (наружные стены не заглублены):

Примечание. Участок пола размером 2,0×2,0, примыкающий к наружному углу, учитывается дважды.

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙°С), полов определяется по формуле:

где  QUOTE   ,  QUOTE   ,  QUOTE   и  QUOTE   – коэффициенты теплопередачи, Вт/(м²∙°С), соответственно I,II, III и IV зон полов;

 QUOTE   ,  QUOTE   ,  QUOTE   и  QUOTE   – площади, м², соответственно I, II, III и IV зон полов.

При отсутствии данных о явных теплопоступлениях от технологического оборудования, о количестве работающих людей, о теплопоступлениях от включённых осветительных приборов, о затратах тепла на нагрев въезжающего авто- и железнодорожного транспорта, ввозимых с улицы материалов и оборудования, численное значение расчётного теплового потока на отопление (за исключением воздушно-тепловых завес) принимается равным значению теплопотерь.