Расчет теплопоступлений и теплопотерь в помещении

Расчет теплопоступлений и теплопотерь в помещении

Содержание:

Теплопоступлением называют приток тепловой энергии внутрь помещения от различных источников. К теплопотерям относят расход энергии, при котором движение потока направлено изнутри через ограждающие конструкции наружу. Расчёт параметров проводят с целью подбора оборудования для организации комфортных для проживания и работы систем микроклимата, включая вентиляцию, отопление, кондиционирование.

Хотите получить быстрый расчет стоимости для Вашего объекта?

Оставьте заявку и наши инженеры предложат оптимальное решение для Вашего объекта. Расскажут про все подводные камни, все плюсы и минусы разных производителей. Ниже укажите ваши данные для связи и прикрепите проект(схему, планировку) для ознакомления.

Выберите файл

Приложите Ваш проект помещения (планировку, схему, чертеж) и мы выполним необходимые расчеты.

Расчёт количества тепла по разности температур

На движение тепла внутрь и из помещения влияет температура внешней среды. Летом расчёт теплопоступлений в помещение показывает положительный результат (воздух внутри нагревается), зимой и в межсезонье отрицательный (тепло уходит наружу). На закономерность влияют ежесуточные температурные изменения и эффект нагревания поверхностей от солнечных лучей. Особенно это заметно в тёплый период года. На величину теплообмена влияют параметры стен и перекрытий: чем больше толщина ограждающей конструкции, тем меньше интервал изменений температуры у внутренней поверхности.

Тепловой баланс

Расчёт теплопотерь помещения зимой и в межсезонье ведётся исходя из условия стационарного среднесуточного режима температур, поскольку диапазон внешних температурных колебаний и изменения значений у ограждающих конструкций несущественный.

Количество теплоты считают по следующей формуле:

Qоб= Sкон · k · (Tсн - tвн)Y

, где

  • Sкон– общая площадь ограждающей конструкции (стены и перекрытия)
  • k – коэффициент теплопередачи
  • Tсн– средняя величина температуры снаружи
  • tвн– предполагаемая температура внутри
  • Y – коэффициент поправки

Значение Y содержится в регламенте СНиП 2.04.05-91. Наружные температуры представляют средневзвешенные значения по регионам и содержатся в таблицах СНиП 11–3-79, внутренние указывают с учётом комфорта для человека и/или технологических норм.

Формула применима для предварительных расчётов, проводимых без учёта дополнительных факторов, включая:

  • ориентацию помещения по сторонам света;
  • этаж;
  • ветряную обстановку по сезонам;
  • инсоляцию, нагревающую стены и т.п.

Расчёты показывают, что в среднем теплопотери больше притока энергии на 30–40%. Дисбаланс объясняется разницей между температурами внутри и вне помещения в летний период и интервалом в холодное время. По абсолютной величине цифры могут отличаться более чем в 4 раза.

Перед выполнением расчёта на основании документации и со слов заказчика определяют технические условия работы систем климатического контроля:

  • Назначение помещения (коммерческое, производственное, жилое, складское и т.п.)
  • Климатическая зона объекта
  • С какой целью устанавливается оборудование (охлаждение, поддержание заданной температуры, влажности, чистоты поступающего воздуха и другие условия)
  • План помещения с указанием материалов и параметров ограждающих конструкций
  • Количество людей, род активности каждого
  • Источники тепла в помещении (освещение, оргтехника, холодильные установки и другое оборудование)

Детальный расчёт теплопоступлений в помещение помогает подобрать оптимальные по производительности системы, обеспечивающие комфортные условия, долгий эксплуатационный ресурс, уменьшение затрат на обслуживание и отсутствие расходов на внеплановые экспертизы и наладку систем.

Некорректные цифры становятся причиной покупки неподходящего оборудования, ускоренного износа узлов и механизмов, дополнительных трат на ремонт и замену.

Поступление тепла солнечного излучения через остекление

Поглощение тепловой энергии солнечного излучения внешними стенами зависит от характеристик поверхности, способной в некоторой степени отражать часть энергии. На способность влияет материал и цвет.

Таблица 2. Коэффициент поглощения для разных оттенков:

Тон Коэффициент поглощения
Светлый до белого 0,5
Средние по насыщенности оттенки 0,7
Темный цвет 0,9

В результате продолжительной инсоляции тепловой поток, направленный на ограждающую конструкцию, повышает температуру снаружи. Возрастает разница между внешней и внутренней частями стены, ускоряя движение тепла с улицы в комнату. На скорость потока влияет массивность конструкции. Чем выше вес, тем медленнее тепло проникает внутрь.

Параметр важно учитывать, поскольку толстые стены значительно затрудняют прохождение тепла, снижая нагрузку на оборудование.

В расчётах принимают следующую зависимость:

В зданиях, построенных из лёгких конструкционных материалов, тепловые нагрузки оказываются повышенными и меняющимися с большей скоростью в сравнении с объектами с массивными стенами и перекрытиями. В последнем случае потребуется климатическое оборудование меньшей мощности и цены.

Остекление значительно увеличивает теплопоступление. Благодаря свойствам материала отражается менее 10% энергии, остальное тепло поступает внутрь. Расчёт теплопоступлений в помещение путем стеклянных поверхностей ведётся летом и в межсезонье, когда окружающие температуры оказываются стабильно выше +10 0С.

Факторы, влияющие на поступление тепловой энергии:

  • Чистота поверхности (загрязнённое или тонированное стекло пропускает меньше)
  • Структура стекла (содержание добавок, матирование, тонировка)
  • Угол падения
  • Время года и суток, широта местности
  • Ориентация объекта

Если окна выходят на север, энергия от инсоляции не принимается во внимание. Если сравнивать усреднённую долю теплопоступления в итоговом энергобалансе помещения, то только от солнечного излучения величина достигает половины от всего количества тепла для общественных и коммерческих зданий.

Для расчёта предварительно требуется сравнить два параметра:

  • Суммарное тепло, взятое в количестве 70% и поступающее в помещение путем остекления двух стен, расположенных перпендикулярно по отношению друг к другу
  • Тепло, проходящее через окна стены, ориентированной на большее поступление солнечной энергии или с поверхностью остекления большей площади

В расчёте учитывается большая из сравниваемых величин

При необходимости на этапе проектирования здания количество поступления тепловой энергии через стеклянную поверхность снижают за счёт выбора ориентации объекта, снижения числа оконных проёмов, дополнительной защиты (установка двойных стеклопакетов, теплоотражающих стёкол, навеска штор и т.п.)

Таблица 3. Поправочные коэффициенты для основных вариантов остекления:

Тип остекления Коэффициент поглощения
Проемы с навесами 0,25
Проёмы с матовыми стёклами 0,40
Загрязненные стекла 0,70–0,80
Двойной стеклопакет 1,15
Одинарное остекление 1,45

Грамотный подход к снижению поступающей тепловой энергии способен сократить поток вполовину, что даёт возможность сэкономить на мощности системы охлаждения внутреннего воздуха до 15%.

Теплопоступления, вызванные инфильтрацией

Процесс инфильтрации определяет движение воздушных потоков внутрь и из помещения путем открытых окон, щелей и других сквозных отверстий. Объём и скорость обмена зависят от положения объекта, этажности, затенённости и т.п. С подветренной стороны инфильтрация сильнее. В расчётах учитывают только проникновение потока через открытые проёмы, остальные варианты не принимают в расчёт.

Виды поступления тепла

Поступления внешнего воздуха проводится по формуле (регламент СП 50.13330.2012):

  • n=2/3 – величина принята для открытых окон, а также балконных дверей в квартирах и помещениях;
  • n=1/2 – применима для входных дверей, установленных в проёмах лестничного пространства многоквартирных домов;
  • Gi – расход воздуха (кг/м2 ч) через открытые окна, витрины, балконные двери и другие раздвижные конструкции;
  • G – расход воздуха (кг/ ч) через открытые окна, витрины, балконные двери и другие раздвижные конструкции;
  • A – площадь окна или двери, м2;
  • R
  • сопр.возд.– сопротивление по параметру воздухопроницаемости окна (при Δp0 10 или 100 Па), м2 ч/кг;
  • Δp0 – давление, при котором вычисляется сопротивление воздухопроницаемости (10 или 100 Па);
  • Δp – разность давления (Па) по обе стороны наружной стенки (Δp=pнаружная –pпомещение).

Для расчётов приблизительного количества энергии, необходимого для нагрева инфильтрованного воздуха, вводят специальную поправку на теплопотери в 20% от общего количества тепла.

Для летних месяцев, когда температура снаружи выше показателей внутри помещения, расход тепловой энергии в результате инфильтрации оказывается положительным. В результате на весь период придётся повышать производительность охлаждения. С возрастанием разности между внутренней и внешней температурами, а также с усилением ветра влияние инфильтрации повышается.

Внешний воздух также меняет показатели влажности, поэтому для создания определённых условий необходимо тщательно герметизировать ограждающие конструкции.

В межсезонье и холодный период года проводят расчёт теплопотерь помещения с учётом поступающего внешнего воздуха, который требуется подогреть.

Расход считают по формуле:

Q = 0,28 · Gi ·C ·(tp - ti) · k, где,

  • Q – количество теплоты, Вт;
  • 0,28 – показатель перевода кДж в Вт;
  • Gi – объем воздуха, поступившего за счёт инфильтрации, кг/ч;
  • C – удельная теплоёмкость, (1,006 кДж/ кг0 C)
  • tp – температура в помещении;
  • ti – внешняя температура;

k – коэффициент, вносящий поправку на влияние встречного воздушного потока из помещения. Принимают за 1,0 для одинарных стеклопакетов, 0,8 для остекления с раздельными переплётами, 0,7 для стыков стеновых панелей и остекления с тройным переплётом.

Выполняя расчёт теплопотерь помещения, необходимо учитывать действие воздуха, проникающего внутрь. В холодное время года внешние воздушные потоки несут отрицательную тепловую нагрузку, то есть происходит постоянное охлаждение помещения. В среднем на долю инфильтрации зимой приходится 15–25%, в летний период в зависимости от режима использования открытых окон и балконных дверей от 5 до 25%.

Теплопоступления от людей

Тепловая энергия, вырабатываемая организмом человека, нагревает помещение. На величину влияют следующие факторы:

  • Количество человек
  • Активность (характер и продолжительность работы)
  • Характеристики внутреннего воздуха

Тепловая энергия организма делится на явную и скрытую

  • Eявная : определяется теплом организма, передаваемым окружающему воздушным массам конвекцией и излучением
  • Eскрытая : расходуется на испарение влаги кожей и лёгкими

Соотношение между этими двумя параметрами изменяется от мышечной нагрузки, а также температуры воздуха. С возрастанием активности и ростом температуры увеличивается доля Eскрытая и уменьшается составляющая Eявная. По достижении отметки 37 0C всё тепло, вырабатываемое организмом, расходуется на испарение жидкости.

Любой тип активности, включая сон, подчиняется общей закономерности: с понижением окружающей температуры растёт тепловыделение. Это необходимо учитывать, проводя расчёт теплопотерь помещения.

В комфортном для человека интервале (температурный диапазон 24–26 0C) при выполнении сидячей работы общая тепловая энергия распределяется в пропорции 60–65% на долю Eявная и 40–35% на долю Eскрытая. Количество человек в помещении оценивают в среднем. Для учреждений принят коэффициент 0,95 от номинального числа сотрудников.

Теплопоступления от оборудования и техники

Тепловую энергию от работающего оборудования учитывают на основании показаний температуры от нагретых поверхностей (если значение можно замерить).

Поступление теплоты от стенок воздуховодов и другого подобного оборудования считают по формуле:

Q = K·S · (tср – t), где

  • K – коэффициент теплопередачи системы;
  • S – площадь поверхности, через которую осуществляется нагрев;
  • tср – температура исследуемой среды;
  • t – температура в помещении.

Расчёт тепла от нагретых поверхностей:

    Q = A·S ·(tп - t), где

  • A – коэффициент передачи тепловой энергии от исследуемой поверхности воздуху;
  • S – площадь поверхности, через которую осуществляется нагрев;
  • tп –температура исследуемой поверхности;
  • t – температура в помещении.
  • После сбора всей необходимой информации приступают к расчётам поступающей тепловой энергии и теплопотерь. В зависимости от задач применяют упрощённые схемы вычислений или более точные методики, по которым подбираются характеристики систем вентиляции и климатического контроля.

Получить коммерческое предложение

Предлагаем полный комплект оборудования и комплекс услуг для систем бытовой, производственной и промышленной вентиляции, включая предварительную бесплатную консультацию и выезд инженера на объект.