1.3. Определение теплопотерь помещений

 

Теплопотери помещений в жилых и гражданских  зданиях складываются из теплопотерь через ограждающие конструкции (стены, окна, полы, перекрытия) и расходов теплоты на нагрев воздуха, инфильтрующегося в помещения через неплотности в ограждающих конструкциях. В промышленных зданиях учитывают и другие расходы теплоты (работа систем вентиляции с механическим побуждением, открывание ворот и др.).

		Теплопотери определяют через все ограждающие конструкции и для всех отапливаемых помещений. Допускается не учитывать теплопотери через внутренние ограждения, если разность температур в помещениях, которые они разделяют, не превышает 3 °С. До начала расчетов всем помещениям здания, в которых должны быть определены теплопотери, присваивают номера. Потери теплоты, Вт, через ограждающие конструкции рассчитывают по формуле Qогр = F (tвн – ) (1 + Sb) ,                                 (1.3)       где F – расчетная площадь ограждающей конструкции, м2; tвн – расчетная температура воздуха в помещении, °С; tнб – расчетная температура наружного воздуха, °С; b – добавочные теплопотери, в долях от основных потерь; n – коэффициент учета положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху; R0  – сопротивление теплопередаче, м2 · °С/ Вт, определяемое по формуле (1.1). Расчетные площади ограждений определяют по строительным чертежам в соответствии с правилами обмера, приведенными на рис. 1.1.
Рис. 1.1.  Схема обмера ограждений: а – на разрезе здания; б – на плане; Нок, Нст, Lст, Lпола – линейные размеры окон, стен и полов

 

 

Расчетная температура воздуха в помещении tвн для жилых зданий может быть принята по прил. 1, а tн Б – по прил. 2 в зависимости от месторасположения объекта строительства. Величины добавочных теплопотерь приведены в табл. 1.3, а коэффициента n – в табл. 1.4.

 

 

Таблица 1.3

 

Добавочные теплопотери

 

Тип ограждения	Условия	Добавочные теплопотери b, доли
Наружные вертикальные стены, окна и двери	При ориентации на север, восток, северо-восток и северо-запад;         юго-восток и запад	0,1
		0,05
Наружные двери, необорудованные воздушной завесой при высоте здания Н, м	Тройные двери с двумя тамбурами	0,2 Н
	Двойные двери с тамбуром между ними	0,27 Н
В угловых помещениях дополнительно для стен, окон и дверей	Одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток или северо-запад	0,05
	В других случаях	0,1

 

Таблица 1.4

 

Значения коэффициента n, учитывающего положение наружной поверхности ограждения

 

Тип ограждающей конструкции	n
Наружные стены и перекрытия, соприкасающиеся с наружным воздухом	1,0
Чердачное перекрытие	0,9
Перекрытие над неотапливаемым  подвалом со световыми проемами в стенах	0,75
То же без световых проемов	0,6

 

Расчеты по формуле (1.3) удобно выполнять в табличной форме (см. пример 1).

Расход теплоты на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха в жилых и общественных зданиях для всех помещений определяют из двух расчетов.

В первом расчете определяют расход теплоты Qi на подогрев наружного воздуха, поступающего в  помещение через неплотности ограждений вследствие работы естественной вытяжной вентиляции в количестве, обусловленном санитарными нормами.

Во втором расчете определяют расход теплоты Qi на подогрев на­руж­ного воздуха, проникающего в это же помещение через неплотности ограждений вследствие теплового и ветрового давлений в количестве, обусловленном величинами этих давлений. Для определения расчетных потерь теплоты помещениями принимают наибольшую величину из определенных по нижеприведенным формулам (1.4) и (1.7).

Первый расчет. Расход теплоты Qi, Вт, определяют по формуле

 

Qi = 0,28 L rвн с (tвн – ,                                  (1.4)

 

где L – расход удаляемого воздуха, м3/ч, принимаемый для жилых зданий 3 м3/ч на 1 м2 площади жилых помещений; rвн – плотность внутреннего воздуха, кг/м3; с – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж /(кг · °С).

Удельный вес g, Н/м3, и плотность воздуха r, кг/м3, могут быть опре­делены по формулам:

 

                                         ,                                             (1.5)

 

                                              ,                                                  (1.6)

 

где t – температура воздуха, °С; g =  9,81 м/с2.

Второй расчет. Расход теплоты Qi на подогрев наружного воздуха, проникающего в помещения через неплотности ограждений (окон и балконных дверей) вследствие теплового и ветрового давлений, определяют как

 

Q = 0,28 G c (tBH – ) k,                                      (1.7)

 

где Gi – расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждающие конструкции; k – коэффициент учета встречного теплового потока, принимаемый для окон и балконных дверей с раздельными переплетами равным 0,8, для одинарных окон и окон со спаренными переплетами – 1,0.

Инфильтрация воздуха непосредственно через толщу стены очень мала. Поэтому величину Gi, кг/ч, определяют только для окон и балконных дверей  

 

G = 0,216 ,                                     (1.8)

 

где Рi – разность давлений воздуха, Па, на наружной Рн и внутренней поверхностях Рвн окон или дверей; SF – расчетные площади ограждений, раздельно окон, дверей, фонарей и др., м2; Rи – сопротивление воздухопроницанию этих ограждений, м2·ч/кг, принимаемое по [3] или прил. 3. 
В панельных зданиях определяют дополнительный расход инфильтрующегося воздуха через стыки панелей [2, прил. 10].

Разность давлений воздуха DРi , Па,  определяют из уравнения

 

P = (H – hi)( – ) + 0,5  V2(Ce,n – Ce,p)k1 – Pint,                      (1.9)

 

		где H – высота здания, м, от уровня земли до устья вентиляционной шахты (в бесчердачных зданиях устье шахты располагают на 1 м выше кровли, в зданиях с чердаком на – 4–5 м выше верха чердачного перекрытия);  hi – расстояние, м, от уровня земли до верха окон или балконных дверей, для которых определяется расход воздуха; gн, gвн – удельные веса наружного и внутреннего воздуха, определяемые по формуле (1.5); V – расчетная скорость ветра, м/с, принимаемая по прил. 2; Ce,n и Ce,p – аэродинамические коэффициенты здания соответственно для наветренной и подветренной поверхностей. Для здания прямоугольной формы Ce,n = 0,8,  Ce,p = –0,6; k1 – коэффициент учета изменения скоростного напора ветра в зависимости от высоты здания; Pint – условно-постоянное давление воздуха, Па, возникающее при работе вентиляции с искусственным побуждением, для жилых зданий Pint = 0. Коэффициент k1 принимается при высоте ограждения над поверхностью земли до 5,0 м равным 0,5, при высоте до 10 м – 0,65, до 20 м – 0,85, более 20 м – 1,1. Схема расположения описанных параметров приведена на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Схема параметров, определяющих инфильтрацию воздуха через оконный проем (обозначения приведены в экспликации к формуле (1.9))

 

 

Расчетные теплопотери помещения, Вт, определяются по формуле

 

Qрасч = S Qогр + Qинф – Qбыт,                                (1.10)

 

где S Qогр – суммарные теплопотери через ограждения помещения; 
Qинф – наибольший расход теплоты на подогрев инфильтрующегося воздуха из расчетов по формулам (1.4) и (1.7);Qбыт – бытовые тепловыделения от электрических приборов, освещения и других источников тепла, принимаемые для жилых помещений и кухонь не менее 10 Вт на 1 м2 площади пола. Результаты расчета вносятся в таблицу.

В учебном проекте следует выполнить подробный расчет теплопотерь 
3 помещений: угловой комнаты на первом этаже, другой угловой комнаты на последнем этаже и рядовой комнаты на среднем (в двухэтажных зданиях – любом) этаже. Теплопотери всех остальных помещений назначаются без расчета, при этом необходимо ориентироваться на результаты расче­та 3 комнат – теплопотери угловых помещений больше, чем рядовых, теп­лопотери соответствующих помещений на крайних этажах больше, чем на средних. Все значения теплопотерь помещений округляются до десятков.

 

 

Теплопотери здания в целом также можно определить по укрупненным показателям. Методика расчета приведена в прил. 14.

 

Пример 1. Определение термических сопротивлений ограждающих конструкций и теплопотерь помещений жилого дома по строительным чертежам, приведенным на рис. 1.3. Исходные данные: Объект строительства расположен в г. Находка. Пример расчёта приведён для помещения 101 – угловой жилой комнаты на первом этаже. Здание в плане прямоугольной формы. Подвал здания неотапливаемый, без световых проёмов. Конструкции стены и перекрытия над подвалом заданы по прил. 3 и показаны на рис. 1.4, 1.5. Окно выполнено с двойным остеклением в раздельных переплётах. Ориентация фасада А-А на север. Решение. По прил. 1 назначена внутренняя температура помещений  tвн = 18 °С. Расчётная температура наружного воздуха tнБ = –20 °С. Для стены принят 4-й вариант ограждающей конструкции по прил. 3.  По разнице внутренней и наружной температур (38 °С) по прил. 3 назначена толщина стены – 400 мм.

Рис. 1.3. План 1-го этажа (к примерам 1 и 2). Номера помещений

 

 

Из прил. 4 выписываются соответствующие значения расчетного коэффициента теплопроводности l. Для керамзитобетона l = 0,44 Вт/ м2 · °С, для штукатурки на известково-песчаном растворе l = 0,81 Вт/ м2 · °С. 
По табл. 1.1 принимаются значения коэффициентов тепловосприятия и теплоотдачи поверхности стены aв = 8,7 Вт/м2· °С и aн = 23 Вт/ м2 · °С.

Термическое сопротивление стены вычисляется по формуле (1.1)

 

R0 =  м2 · °С / Вт.

 

 

Для перекрытия над подвалом по прил. 3 принят 1-й вариант ограждающей конструкции. По разнице внутренней и наружной температур назначена толщина засыпаемого слоя керамзитового гравия d = 150 мм.

Аналогично предыдущему расчету установлены соответствующие значения расчетного коэффициента теплопроводности половой рейки 
l = 0,18 Вт/м2 · °С; гравия керамзитового l = 0,21 Вт/м2 · °С, железобетонной плиты l = 2,04 Вт/м2 · °С. Термическое сопротивление воздушной прослойки принимается по табл. 1.2, при толщине прослойки 50 мм 
Rв.п = 0,17 м2 · 0С/Вт.

Определено термическое сопротивление перекрытия над подвалом

 

R0 = м2 · °С / Вт.

 

Для чердачного перекрытия (рис. 1.6) по прил. 3 принят 1-й вариант ограждающей конструкции. По разнице внутренней и наружной температур назначена толщина слоя керамзитового гравия d = 150 мм.

Аналогично предыдущему расчету определено термическое сопротивление чердачного перекрытия

R0=   м2 · °С / Вт.

 

 

Как иллюстрация методики расчета приводится расчет бесчердачного перекрытия (рис. 1.7). Принят 1-й вариант ограждающей конструкции по прил. 3.

Рис. 1.6. Схема конструкции чердачного перекрытия		Рис. 1.7. Схема конструкции бесчердачного перекрытия

Толщина слоя керамзитового гравия назначена d = 200 мм.

Значения расчетного коэффициента теплопроводности l гравия керамзитового l = 0,21 Вт/ м2 · °С, железобетонной плиты l = 2,04 Вт/ м2 · °С, цементной стяжки l = 0,76 Вт/ м2 · °С; aв = 8,7 Вт/м2 · °С и aн = 12  Вт/м2 · °С.

Определяется термическое сопротивление бесчердачного перекрытия

 

R0=  м2 · °С / Вт.

 

По прил. 3 в соответствии с разницей внутренней и наружной температур принята конструкция окна с двойным остеклением в раздельных переплётах, имеющая характеристики R0  = 0,39 м2 · °С /Вт, Rи = 0,26 м2/ч·кг.

Расчет теплопотерь помещения 101. Это помещение теряет тепло через две наружные стены, два окна и перекрытие над подвалом. Размеры ограждающих конструкций определены по строительным чертежам в соответствии с правилами рис. 1.1 и 1.8. Температура внутреннего воздуха назначена 20 °С, как для углового помещения.

Потери теплоты через отдельные ограждающие конструкции определяются по формуле (1.3).

Рис. 1.8. Схема определения линейных размеров помещения 101: а – план; б – разрез

Определены добавочные теплопотери b.

По табл. 1.3  добавка на ориентацию наружной стены и окна, ориентированных на запад, b = 0,05; наружной стены и окна, ориентированных на север, b = 0,1. Добавка на угловое помещение при наличии стены, обращенной на север, принята для всех стен и окон b = 0,05.

Коэффициент n для стен и окон, непосредственно соприкасающихся с наружным воздухом, принят равным 1, для перекрытия над неотапливаемым подвалом без световых проемов n = 0,6. Результаты всех расчетов сведены в табл. 1.5.

Величина теплопотерь на инфильтрацию по первой методике вычислена по формуле (1.4)

L = 3Fпола = м2;

с = 1 кДж /(кг · °С);

gвн =  Н/м3;

rвн  =  кг/м3;

Qинф = Вт.

Для определения величины теплопотерь на инфильтрацию по второй методике необходимо вычислить разность давлений воздуха DР и расход инфильтрующегося воздуха G. Высота здания до устья вентиляционной шахты установлена Н = 14,3 м, расстояние от земли до верха окна h = 3,3 м; gвн = 11,819 Н/м3; gн = 13,688 Н/м3; rвн = 1,205 кг/м3; Ce,n = 0,8; Ce,p = –0,6; 
Pint = 0; V = 7,8 м/с; k1 = 0,5.

 

Таблица 1.5

 

Определение теплопотерь помещений

 

Номер помещения	Назначение	Характеристики ограждения				tвн, °С		tвн– – tнБ, °С		n	R0, м2·К/ Вт	Добавочные теплопотери		Qогр, Вт	Qинф, Вт	Qбыт, Вт	Qрасч, Вт
		Наименование	Ориентация	Размеры, м	F, м2							на ориентацию	на угловые помещения
101	Жилая комната	НС-1	З	6,32×3,25	20,54	20		40		1	1,092	0,05	0,05	828	826	438	2726
		НС-2	С	3,99×3,25	12,98					1	1,092	0,1	0,05	547
		Окно-1	С	1,8×1,5	2,7					1	0,39	0,1	0,05	318
		Окно-2	З	1,5×1,5	2,25					1	0,39	0,1	0,05	265
		ПП	–	3,56×5,9	20,86					0,6	1,317	–	–	380
	SQогр = 2338 Вт
307	Жилая комната	НС-1	Ю	3,6×3,25	11,7		18		38	1	1,092	0	–	407	780	435	1512
		Окно-1	Ю	1,5×1,5	2,25					1	0,39	0	–	219
		ПБ	–	3,6×5,75	20,7					1	1,455	–	–	541
	SQогр = 1167

Примечание. НС-1 – наружная стена 1; НС-2 – наружная стена 2; ПП – перекрытие над подвалом; ПБ – перекрытие бесчердачное. Остальные обозначения описаны в формулах к подразд. 1.2, 1.3. Расчетные теплопотери Qрасч следует округлять до 10 Вт.

 

ΔР101 = (14,3 – 3,3)(13,688 – 11,819) + 0,5 · 1,205 ∙ 7,82(0,8 + 0,6)0,5 – 0 = 
= 46,218 Па;

Gинф =  кг/ч;

Qинф = 0,28 · 19,51 · 1(20 + 20)0,8 = 174,810 Вт.

Из полученных по двум методикам результатов выбран больший – 826,36 Вт, он и будет учитываться в дальнейших расчетах.

Назначена величина тепловыделений в жилых комнатах 21 Вт/м2. 
Определены бытовые тепловыделения в помещении

Qбыт = 21· Fпола = 21 · 20,86 = 438,06 Вт.

Расчетные теплопотери помещения определены по формуле (1.10) Qрасч = 2338 + 826 – 438 = 2726 Вт.

Аналогично расчёт ведётся и для других помещений, при этом следует обращать внимание на особенности определения размеров. В качестве иллюстрации в табл. 1.5 приведен также расчет теплопотерь рядовой комнаты 307 на 3-м этаже.

Теплопотери всех остальных помещений здания назначены без расчета с ориентиром на результаты, полученные для двух комнат. Лестничная клетка рассматривается как одно помещение высотой, равной высоте всего здания. Результаты приведены в табл. 1.6.

 

Таблица 1.6

 

Теплопотери помещений жилого здания, Вт

 

3-й этаж
301 2600	302 1500		ЛК-1			303 1500		304 2600
305 2600	306 1500		307 1500			308 1500		309 2600
2-й этаж
201 2000		202 1000		ЛК-1	203 1000		204 2000
205 2000		206 1000		207 1000	208 1000		209 2000
1-й этаж
101 2700		102 1600		ЛК-1 4100	103 1600		104 2700
105 2700		106 1600		107 1600	108 1600		109 2700
Qзд = 53800 Вт

 

Таким образом определены теплопотери здания Qзд = 53800 Вт.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1.  Какой показатель характеризует теплозащитные свойства ограждений?

2.  Как влияют воздушные прослойки в ограждениях на их термические сопротивления?

3.  Какая температура является расчетной при проектировании систем отопления?

4.  Какие факторы обусловливают расчетные метеорологические условия в помещениях?

5.  Какие теплопотери помещений учитываются при проектировании систем отопления?

6.  От каких факторов зависит расход воздуха, инфильтрующегося в помещения?

7.  Почему расчет теплопотерь на инфильтрацию производится по двум методикам?

8.  Как при расчете теплопотерь помещений учитывается ориентация ограждающих конструкций?

9.  Как при расчете теплопотерь помещений определяются геометрические размеры ограждающих конструкций?

10.   Какие добавочные теплопотери следует учитывать при расчете теплопотерь помещений?

11.   Сравните величины теплопотерь на инфильтрацию одинаковых помещений на разных этажах многоэтажного здания.

12.   Сравните коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения и коэффициент теплоотдачи наружной поверхности, почему они не совпадают?

13.   Как объемный вес материала ограждающей конструкции влияет на величину расчетного коэффициента теплопроводности материала?

14.   Каким образом при расчете теплопотерь учитываются тепловыделения в помещениях?

15.   Какие параметры внутреннего воздуха учитываются при оценке комфортности микроклимата помещения?

16.   В каких случаях при расчете теплопотерь помещений следует учитывать тепловые потоки через внутренние перегородки зданий?

Как месторасположение объекта строительства учитывается при назначении расчетной внутренней температуры в помещении?

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.