Теплотехнический расчёт наружных ограждающих конструкций

1. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ И ВЛАЖНОСТНЫЙ РАСЧЁТ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ 1.1. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ Целью теплотехнического расчёта является определение коэффициента теплопередачи отдельных ограждающих конструкций здания (наружных стен, чердачного и цокольного перекрытий, окон, дверей и т.д.). В результате теплотехнического расчёта, зная приведённое сопротивление теплопередаче наружных ограждений, определяют общее термическое сопротивление теплопередаче и необходимую толщину теплоизоляционного слоя наружных ограждений и их окончательное сопротивление. Общее термическое сопротивление теплопередаче однородного наружного ограждения (или неоднородного в характерном сечении, без теплопроводных включений) Rо, (м2·°С) / Вт, и термическое сопротивление слоя конструкции Ri определяют, пользуясь формулами [1]: Rо = Rв + n ∑ Ri + Rн ; (1.1) i =1 n ∑ i =1 Ri = n δ ∑ λii , (1.2) i =1 где Rв = 1 α в – сопротивление теплопередаче внутренней поверхности, (м2·°С) / Вт; Rн = 1 α н – сопротивление теплопередаче наружной поверхности, (м2·°С) / Вт; Ri – термическое сопротивление теплопередаче отдельного материального слоя, (м2·°С) / Вт; δ i и λ i – соответственно толщина, м, и теплопроводность слоёв конструкции, кроме утеплителя, Вт / (м·°С); αв и α н – нормированные значения коэффициентов теплоотдачи от внутреннего воздуха к ограждающей конструкции и от ограждения к наружному воздуху, Вт / (м2·°С), принимаются [1]. В настоящее время требуемое сопротивление теплопередаче может определяться по санитарно-гигиеническим условиям или по условиям энергосбережения [2]. Чтобы удовлетворить санитарно-гигиеническим требованиям, величину Rотр , (м2·°С) / Вт, рассчитывают по формуле 6 Rотр = t в − tн ∆t н α в п, (1.3) где t в – расчётная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, [1]; t н – расчётная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 [4]; ∆t н – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С, [1]; п – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху [1]. Чтобы удовлетворить условиям энергосбережения, величину требуемого термического сопротивления Rотр , меньше которого Rо не может быть принята, т.е. Rо ≥ Rотр , определяют по нормам [1] в зависимости от величины расчётного значения градусо-суток отопительного периода (ГСОП), °С·сут, определяемой по формуле ГСОП = (t в − t оп ) zоп , (1.4) где t оп – средняя температура наружного воздуха отопительного периода, °С, принимаемые по [4] для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °С – при проектировании лечебнопрофилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых, и не более 8 °С – в остальных случаях; zоп – продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С, сут, [4]. При промежуточных значениях ГСОП величины Rотр определяются интерполяцией. На рисунке 1.1 графически (точками 1 и 2) отражена некая табличная зависимость Y = f (X). Постулируя линейную зависимость между Y и X на интервале Х1 − Х2 , проводим через эти точки прямую линию и для некоторого промежуточного значения X из подобия треугольников 12С и 1АВ запишем соотношения между отрезками: 1B AB = 1C 2C или X − X 1 Y − Y1 = , X 2 − X 1 Y2 − Y1 откуда находим Y = Y1 + X − X1 (Y2 − Y1 ) . X 2 − X1 (1.5) 7 Y 2 Y2 А Y Y1 1 C B X X1 X X2 Рис. 1.1. Линейное интерполирование Приведённое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Rо.трэн , (м2·°С) / Вт, в зависимости от полученного значения ГСОП и типа здания или помещения, определяется по СНиП [1]. Если Rотр > Rо.трэн – для дальнейших расчётов принимают Rотр ; если Rотр < Rо.трэн – для расчётов принимают Rо.трэн . тр Определяется невязка ∆R = Rотр − Rо (или ∆R = Rо.эн − Rо ) и выбирается материал утеплителя. Заданная конструкция ограждения соответствует теплотехническим требованиям, если выполняется условие ( ) Rо Rоф > Rо.трэн ( Rотр ). (1.6) Если же условие не выполняется, то необходимо определить толщину утепляющего слоя δ ут , м, теплопроводность которого указана в справочной литературе δ ут = λ ут ∆R , (1.7) где λ ут – теплопроводность утепляющего слоя материала, которая является справочной величиной, Вт / (м·°С). Далее необходимо уточнить фактическое общее термическое сопротивление теплопередаче Rоф , (м2·°С) / Вт, утеплённого наружного ограждения и, подбирая толщину утеплителя, добиться выполнения неравенства (1.6): Rоф = Rо + δ ут λ ут . (1.8) Если условие (1.6) не выполняется, то необходимо выбрать строительный материал с меньшей теплопроводностью λ ут , Вт / (м·°С). 8 4 1 3 2 Пример 1.1 Исходные данные: – конструкция наружной стены: стены деревянные из тёсаных брёвен с обшивкой досками; – район строительства – г. Липецк; – влажностный режим помещения – нормальный; – расчётная температура внутреннего воздуха tв = 18 °С [3]; – расчётная зимняя температура наружного воздуха в Липецке, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, tн = −27 °С; zоп = 202 сут; tоп = –3,4 °С [4]; – – ∆t н = 4 °С [1]; α в = 8,7 Вт / (м2·°С), α н = 23 Вт / (м2·°С) [1]. Позиция Конструкция стены Толщина слоя δ, м Теплопроводность материала λ, Вт / (м·°С) [1] 1 Доски строганые 0,015 0,15 2 Бумага строительная 0,002 0,14 3 Брёвна тёсаные 0,260 0,36 4 Сухая штукатурка 0,012 0,21 Порядок расчёта 1. Общее термическое сопротивление теплопередаче наружной стены определим по формуле (1.1): Rо = 1 / 8,7 + 0,015 0,002 0,260 0,012 + + + + 1 / 23 = 1,05 (м2·°С) / Вт. 0,15 0,14 0,36 0,21 2. Градусо-сутки отопительного периода определяем по формуле (1.3): ГСОП = (18 + 3,4) ⋅ 202 = 4322,8 °С·сут. 3. По формуле (1.4) требуемое сопротивление теплопередаче: Rотр = 18 + 27 ⋅1 = 1,3 (м2·°С) / Вт. 4 ⋅ 8,7 9 4. Величину сопротивления теплопередаче наружной стены с учётом энергосбережения определяем по таблице [1] интерполированием по формуле (1.5) Rо.трэн = 2,9 (м2·°С) / Вт. 5. Сравниваем Rотр = 1,3 (м2·°С) / Вт и Rо.трэн = 2,9 (м2·°С) / Вт и притр нимаем для дальнейших расчётов большее – Rо.эн = 2,9 (м2·°С) / Вт. тр 6. Определяем невязку ∆R = Rо.эн − Rо = 2,9 – 1,05 = 1,85 (м2·°С) / Вт. 7. Выбираем в качестве утепляющего слоя фенольный пенопласт заливочный с теплопроводностью λ ут = 0,052 Вт / (м·°С) и рассчитываем толщину утеплителя по формуле (1.7): δ ут = 0,052 ⋅1,85 = 0,096 м. Принимаем δ ут = 0,1 м. 8. Уточняем фактическое общее сопротивление теплопередачи по формуле (1.8): Rоф = 1,05 + 0,1 / 0,052 = 2,97 (м2·°С) / Вт. Сравниваем по условию (1.6): Rоф = 2,97 (м2·°С) / Вт ≥ Rо.трэн = 2,9 (м2·°С) / Вт. Таким образом, полученное значение фактического общего сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции удовлетворяет условиям энергосбережения, и данное значение используется в дальнейших расчётах. 1.2. ПРОВЕРКА ОТСУТСТВИЯ КОНДЕНСАЦИИ ВОДЯНЫХ ПАРОВ НА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ НАРУЖНОГО ОГРАЖДЕНИЯ Конденсация влаги из внутреннего воздуха на внутренней поверхности наружного ограждения является основной причиной увлажнения наружных ограждений. Для устранения конденсации влаги необходимо, чтобы температура на внутренней поверхности tвп , °С, и в толще ограждения превышала температуру точки росы tр , °С, на 2…3 °С, т.е. должно соблюдаться условие tвп > tр [5]. Температура внутренней поверхности наружного ограждения определяется по формуле 10 tвп = tв − (tв − tн ) Rв , Rоф (1.9) и сравнивают её с температурой точки росы tр , которую определяют по h–d диаграмме влажного воздуха или по формуле tр = 20,1 − (5,75 − 0,00206 ⋅ e) 2 , (1.10) где Rв = 1 / α в – сопротивление теплоотдачи у внутренней поверхности ограждения, (м2·°С) / Вт; Rоф – общее фактическое термическое сопротивление ограждения, (м2·°С) / Вт, определяемое по формуле (1.8); е – действительная упругость водяных паров, Па, которая определяется при заданной температуре внутри помещения tв и относительной влажности внутреннего воздуха ϕв , %: е= ϕв Ев , 100 (1.11) где ϕв – относительная влажность внутреннего воздуха, %, [1]; Ев – максимальная упругость водяных паров, Па, при заданной температуре внутри помещения tв [5]. Пример 1.2 Исходные данные (см. пример 1.1): – район строительства – г. Липецк; – расчётная температура внутреннего воздуха tв = 18 °С; – влажностный режим помещения – нормальный; – сопротивление теплоотдачи у внутренней поверхности наружной стены Rв = 1 / α в = 1 / 8,7 = 0,115 (м2·°С) / Вт; – φв = 50% [1]; Ев = 2064 Па при tв = 18 °С [5]; – из примера 1.1 Rоф = 2,97 (м2·°С) / Вт. Порядок расчёта 1. Температура внутренней поверхности наружной стены определяется по формуле (1.9): tвп = 18 − (18 + 27) 0,115 = 16,25 °С. 2,97 11 2. Вычисляем действительную упругость водяных паров по выражению (1.11): е= 50 ⋅ 2064 = 1032 Па. 100 3. Рассчитываем температуру точки росы по формуле (1.10): t р = 20,1 − (5,75 − 0,00206 ⋅1032) 2 = 6,98 °С. Таким образом, конденсация влаги на внутренней поверхности стены происходить не будет, так как выполняется условие tвп > tр , т.е. 16,25 °С > 6,98 °С. 12 2. РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 2.1. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЯ В отапливаемых зданиях при наличии разности температур между внутренним и наружным воздухом постоянно происходят потери тепла через ограждающие конструкции: наружные стены (НС), полы (ПЛ), окна (О), наружные двери (НД), балконные двери (БД), чердачное перекрытие (ЧП). Системы отопления должны восполнять эти потери, поддерживая в помещениях внутреннюю температуру, требующуюся по санитарным нормам. Основные тепловые потери через наружные ограждения, Вт, [5] t −t (2.1) Qосн = в тр н nF , Rо где Rотр – требуемое общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, (м2·°С) / Вт; F – расчётная площадь ограждающей конструкции, м2. 2.1.1. РАСЧЁТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ НАРУЖНЫЕ СТЕНЫ Для расчёта потерь тепла через наружные стены предварительно определяют фактическое термическое сопротивление теплопередаче, а затем рассчитывают сами теплопотери по формуле (2.1). Пример 2.1 Исходные данные: – район строительства – г. Липецк; – расчётная температура внутреннего воздуха tв = 18 °С; – tн = −27 °С; zоп = 202 сут; tоп = –3,4 °С; n = 1; ∆t н = 4 °С; α в = = 8,7 Вт / (м2·ºС); α н = 23 Вт / (м2·ºС); – размер стены – 2,5 × 3,0 м; – конструкция наружной стены: стены деревянные из тесаных брёвен с обшивкой досками (см. пример 1.1). Порядок расчёта Предварительно выполняют расчёт по пунктам 1 – 8 из примера 1.1. 9. Площадь стены соответствует F = 2,5 ⋅ 3,0 = 7,5 м2. 10. По формуле (2.1) определяем теплопотери через наружную стену 18 + 27 Qнс = ⋅1 ⋅ 7,5 = 88,2 Вт. 3,825 13 2.1.2. РАСЧЁТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ ПОЛЫ Согласно СНиП 41-01–2003, полы этажа здания, расположенные на грунте и лагах, разграничиваются на четыре зоны-полосы шириной 2 м параллельно наружным стенам (рис. 2.1). При подсчёте потерь тепла через полы, расположенные на грунте или лагах, поверхность участков полов возле угла наружных стен (в I зоне-полосе) вводится в расчёт дважды (квадрат 2 × 2 м). Сопротивление теплопередаче следует определять: а) для неутеплённых полов на грунте и стен, расположенных ниже уровня земли, с теплопроводностью λ ≥ 1,2 Вт / (м⋅°С) по зонам шири ной 2 м, параллельным наружным стенам, принимая Rн.п., (м2⋅°С) / Вт, равным для: I зоны – 2,1; II зоны – 4,3; III зоны – 8,6; IV зоны (для оставшейся площади пола) – 14,2 [14]; б) для утеплённых полов на грунте, и стен, расположенных ниже уровня земли, с теплопроводностью λу.с. < 1,2 Вт / (м⋅°С) утепляющего слоя толщиной δу.с., м, принимая Rу.п., (м2⋅°С) / Вт, по формуле Rу.п. = Rн.п. + δ у.с.i / λ у.с.i ; (2.2) в) термическое сопротивление теплопередаче отдельных зон полов на лагах Rл, (м2⋅°С) / Вт, определяют по зонам: I II III IV Уровень земли I II III Рис. 2.1. Схема расположения зон утеплённых полов на грунте и лагах, и стен, расположенных ниже уровня земли 14 IV I зона – II зона –  I RлI = 1,18  Rн.п. +   n ∑ Rу.с. i  ;  i =1  II RлII = 1,18( Rн.п. + ∑ Rу.с. i ) ; n i =1 (2.3) RлIII III зона – III = 1,18( Rн.п. + n ∑ Rу.с. i ) ; i =1 IV RлIV = 1,18( Rн.п. + IV зона – n ∑ Rу.с. i ) , i =1 где RлI = 2,1; RлII = 4,3; RлIII = 8,6; RлIV = 14,2 – значения термического сопротивления теплопередаче отдельных зон неутеплённых полов, (м2⋅°С) / Вт; n ∑ Rу.с.i – сумма значений термического сопротивления теп- i =1 лопередаче утепляющего слоя полов на лагах, (м2⋅°С) / Вт. n Величину ∑ Rу.с.i вычисляют по выражению i =1 n δ ∑ Rу.с.i = Rв.п. + λдд ; (2.4) i =1 здесь Rв.п. – термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек [1]; δд – толщина слоя из досок, м; λд – теплопроводность материала из дерева, Вт / (м·°С). Потери тепла через пол, расположенный на грунте, Вт:  FI F II F III F IV  Qпл =  I + II + III + IV  (tв − tн ) , R   н.п. Rн.п. Rн.п. Rн.п.  (2.5) где F I , F II , F III , F IV – площади зон-полос, м2. Потери тепла через пол, расположенный на лагах, Вт  F I F II F III F IV  Qпл =  I + II + III + IV  (tв − tн ) , R Rл Rл   л Rл (2.6) 15 Исходные данные: – этаж – первый; – наружных стен – две (рис. 2.2); – конструкция полов: полы бетонные, покрытые линолеумом; – район строительства – г. Липецк; – расчётная температура внутреннего воздуха tв = 18 °С; Пример 2.2 1 2 3 4 – Позиция Конструкция пола tн = −27 °С. Толщина слоя δ, м Теплопроводность материала λ, Вт / (м·°С) [1] 1 Линолеум на мастике 0,008 0,33 2 Цементная стяжка 0,022 0,18 3 Бетон В 7,5 0,120 1,2 4 Уплотнённый грунт – – Порядок расчёта 1. Вычерчиваем план первого этажа в масштабе с указанием основных размеров и делим пол на четыре зоны-полосы шириной 2 м параллельно наружным стенам. 2. В жилой комнате № 1 размещаются только I и часть II зоны. Определяем размеры каждой зоны-полосы: I зона: 2,0 × 5,0 м и 2,0 × 3,0 м; II зона: 1,0 × 3,0 м. 3. Площади каждой зоны равны F I = 2 ⋅ 5 + 2 ⋅ 3 = 16 м2; F II = 1 ⋅ 3 = 3 м2. 4. Определяем сопротивление теплопередаче каждой зоны по формуле (2.2): I I Rу.п. = Rн.п. + n δ 0,008 0,022 0,12 + + = 2,34 (м2⋅°С) / Вт, 0,33 0,18 1,2 δ 0,008 0,022 0,12 + + = 4,54 (м2⋅°С) / Вт. 0,33 0,18 1,2 i = 2,1 + ∑ λ у.с. у.с.i i =1 II II Rу.п. = Rн.п. + n i = 4,3 + ∑ λу.с. у.с.i i =1 16 5000 1500 1500 I зона шириной 2 м 3000 1 II зона шириной 1 м I зона шириной 2 м II зона шириной 2 м Рис. 2.2. Фрагмент плана и расположение зон полов в жилой комнате № 1 (к примерам 2.2 и 2.3) 5. По формуле (2.5) определяем потери тепла через пол, расположенный на грунте:  FI F II   16 3  Qпл =  I + II  (t в − t н ) =  +  (18 + 27) = 337,4 Вт. R  2,34 4 , 54  R  у.п.   у.п. 1 Пример 2.3 Исходные данные: – конструкция пола: полы деревянные на лагах; – наружных стен – две (рис. 2.2); – этаж – первый; – район строительства – г. Липецк; – расчётная температура внутреннего воздуха tв = 18 °С; 2 3 4 5 6 7 tн = −27 °С. 17 Позиция Конструкция пола Толщина слоя δ, м Теплопроводность материала λ, Вт / (м·°С) [1] 1 Доски 0,030 0,15 2 Лага 0,060 0,40 3 Прокладка 0,032 0,15 4 Два слоя толя 0,005 0,23 5 Кирпичный столбик на цементном растворе 250 × 120 0,250 0,45 6 Воздушная прослойка 0,350 – 7 Уплотнённый грунт – – Порядок расчёта 1. Вычерчиваем план первого этажа в масштабе с указанием основных размеров и делим пол на четыре зоны-полосы шириной 2 м параллельно наружным стенам. 2. В жилой комнате № 1 размещаются только I и часть II зоны. Определяем размеры каждой зоны-полосы: I зона: 2,0 × 5,0 м и 2,0 × 3,0 м; II зона: 1,0 × 3,0 м. 3. Площади каждой зоны равны F I = 2 ⋅ 5 + 2 ⋅ 3 = 16 м2; F II = 1 ⋅ 3 = 3 м2. 4. Так как толщина воздушной прослойки δв.п. = 0,35 м, то таблице [1] величина Rв.п. = 0,19 (м2⋅°С)/Вт. 5. Определяем термическое сопротивление теплопередаче каждой зоны по формуле (2.3):  0,03 0,06 0,032  RлI = 1,18 ⋅  2,1 + 0,19 + + +  = 3,4 (м2⋅°С) / Вт; 0,15 0,4 0,15   0,03 0,06 0,032   RлI = 1,18 ⋅  4,3 + 0,19 + + +  = 6,0 (м2⋅°С) / Вт.  0,15 0,4 0,15   6. Потери тепла через пол, расположенный на лагах, определяем по формуле (2.6):  F I F II   16 3  Qпл =  I + II (tв − tн ) =  + (18 + 27) = 234 Вт. R  3,4 6 ,0    л Rл  18 2.1.3. РАСЧЁТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ ОКНА В практике строительства жилых и общественных зданий применяется одинарное, двойное и тройное остекление в деревянных, пластмассовых и металлических переплетах, спаренное или раздельное [1]. тр Требуемое термическое общее сопротивление теплопередачи Rо.эн для световых проёмов определяют по таблице [1] в зависимости от величины ГСОП. Затем в соответствии с конструкцией окна определяют значение фактического приведённого сопротивления Rоф . Выбирается наитр большее из значений Rоф и Rо.эн . Пример 2.4 Исходные данные: – здание жилое; – район строительства – г. Липецк; – расчётная температура внутреннего воздуха tв = 18 °С; h – tн = −27 °С; zоп = 202 сут; tоп = −3,4 °С; n = 1; – окна с двойным остеклением в спаренных переплётах из ПВХ. a, м 1,68 h, м 1,80 а Порядок расчёта 1. По формуле (1.4) определяем ГСОП = (18 + 3,4) ⋅ 202 = 4322,8 °С·сут. Rотр.эн 2. По таблице [1] интерполированием определяем для окон = 0,47 (м2·ºС) / Вт. 3. По таблице [1] Rоф = 0,4 (м2·ºС) / Вт. 4. Так как Rотр.эн > Rоф (0,47 > 0,4), то для дальнейших расчётов ис- пользуем Rотр.эн = Rотр = 0,47 (м2·ºС) / Вт. 19 5. Площадь окна F = 1,68 ⋅1,8 = 3,024 м2. 6. Определяем теплопотери через окно по формуле (2.1): Qосн(окно) = 18 + 27 ⋅1⋅ 3,024 = 289,5 Вт. 0,47 2.1.4. РАСЧЁТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ НАРУЖНЫЕ ДВЕРИ ф Rо.дв Фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей = Rотр и определяется из выражения ф Rо.дв = 0,6 n (t в − t н ) ∆t н α в . (2.7) Теплопотери через наружные двери определяются по формуле (2.1). Пример 2.5 Исходные данные: – здание жилое; – район строительства – г. Липецк; – расчётная температура внутреннего воздуха tв = 18 °С; tн = −27 °С; n = 1; ∆t н = 4 °С; αв = 8,7 Вт / (м2·ºС); – двери деревянные однопольные. h δ a, м 0,8 h, м 2,5 δ, м 0,040 а Порядок расчёта 1. По формуле (2.7) определим фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей: ф Rо.дв = 0,6 20 1 ⋅ (18 + 27) = 0,8 (м2·ºС) / Вт. 4 ⋅ 8,7 2. Площадь двери F = 0,8 ⋅ 2,5 = 2 м2. 3. Определяем теплопотери через наружную дверь по формуле (2.1): Qосн(дверь) = 18 + 27 ⋅1 ⋅ 2 = 112,5 Вт. 0,8 2.1.5. РАСЧЁТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ ЧЕРДАЧНОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ Расчёт потерь тепла через чердачное перекрытие проводится аналогично расчёту потерь тепла через наружные стены. Пример 2.6 Исходные данные: – район строительства – г. Липецк; – tв = 18 °С; tн = −27 °С; zоп = = 202 сут; tоп = −3,4 °С; n = 1; ∆t н = = 3 °С; αв = 8,7 Вт / (м ·ºС), α н = = 12 Вт / (м2·ºС); – размер чердачного перекрытия – 2,46 × 3,56 м; – конструкция чердачного перекрытия – бесчердачная конструкция. 1 2 3 4 2 5 Позиция Конструкция чердачного перекрытия Толщина слоя δ, м Теплопроводность материала λ, Вт / (м·°С) [1] 1 Три слоя рубероида на битумной мастике 0,004 0,17 2 Цементно-песчаная стяжка 0,040 0,18 3 Керамзит 0,240 0,10 4 Пароизоляция из двух слоёв рубероида 0,004 0,17 5 Панель железобетонная пустотелая 0,220 1,92 21 Порядок расчёта 1. Общее термическое сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия определим по формуле (1.1): Rо = 1 / 8,7 + 3 ⋅ 0,004 0,04 0,24 2 ⋅ 0,004 0,22 + + + + + 1 / 12 = 3,05 (м2·°С) / Вт. 0,17 0,18 0,10 0,17 1,92 2. Градусо-сутки отопительного периода определяем по формуле (1.4): ГСОП = (18 + 3,4) ⋅ 202 = 4322,8 °С·сут. 3. По формуле (1.5) требуемое сопротивление теплопередаче: Rотр = 18 + 27 ⋅1 = 1,3 (м2·°С) / Вт. 4 ⋅ 8,7 4. Величину сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия с учётом энергосбережения определяем по таблице [1] Rо.трэн = = 3,85 (м2·°С) / Вт. 5. Сравниваем Rотр = 1,3 (м2·°С) / Вт и Rо.трэн = 3,85 (м2·°С) / Вт и принимаем для дальнейших расчётов большее – Rо.трэн . тр 6. Определяем невязку ∆R = Rо.эн − Rо = 3,85 – 3,05 = 0,8 (м2·°С) / Вт. 7. Выбираем в качестве утепляющего слоя плиты минераловатные прошивные марки 100 с теплопроводностью λ ут = 0,059 Вт / (м·°С) и рас- считываем толщину утеплителя по формуле (1.6): δ ут = 0,8 ⋅ 0,059 = 0,047 м. Принимаем δ ут = 0,05 м. 8. Уточняем фактическое общее сопротивление теплопередачи по формуле (1.7): Rоф = 3,05 + 0,05 0,059 = 3,9 (м2·°С) / Вт. Сравниваем по условию (1.8): Rоф = 3,9 (м2·°С) / Вт > Rо.трэн = 3,85 (м2·°С) / Вт. 9. Площадь чердачного перекрытия F = 2,46 ⋅ 3,56 = 8,8 м2. 10. Определяем теплопотери через чердачное перекрытие по формуле (2.1): Qосн (ч . п) = 22 18 + 27 ⋅ 1 ⋅ 8,8 = 101,5 Вт. 3,9 2.2. РАСЧЁТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ТЕПЛА Основные теплопотери через наружные ограждения, обусловленные разностью температуры внутреннего и наружного воздуха, оказываются меньше фактических теплопотерь, так как не учитывается ряд факторов, вызывающих дополнительные потери теплоты, исчисляемые в долях от основных теплопотерь. К ним относят: ориентацию помещений по отношению к сторонам света; поступление в помещение наружного воздуха через наружные двери; наличие двух и более наружных стен; высоту помещений; инфильтрация в помещения наружного воздуха через неплотности строительных конструкций [5]. 2.2.1. ДОБАВОЧНЫЕ ПОТЕРИ ТЕПЛА НА ОРИЕНТАЦИЮ СТОРОН СВЕТА В помещениях любого назначения поправка на ориентацию по отношению к сторонам света принимается в соответствии со схемой (рис. 2.3) [6]. При этом добавочные теплопотери, определяемые ориентацией ограждений по сторонам света (в долях от основных теплопотерь), рассчитываются по формуле [5]: Qд.ор = Qо β ор , (2.8) где Qo – основные теплопотери через данное ограждение, Вт; βор – коэффициент добавки на ориентацию (рис. 2.3). С СВ СЗ 0,1 З В 0,05 0,05 ЮВ ЮЗ Ю Рис. 2.3. Поправка на ориентацию по отношению к сторонам света 23 2.2.2. ДОБАВОЧНЫЕ ПОТЕРИ ТЕПЛА НА ОТКРЫВАНИЕ НАРУЖНЫХ ДВЕРЕЙ Через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий H, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты, добавочные потери определяются в размере [5] для: – тройных дверей с двумя тамбурами между ними Qд.нд = Qо.лк ⋅ (0,2 H ) ; (2.9) – двойных дверей с тамбурами между ними Qд.нд = Qо.лк ⋅ (0,27 H ) ; (2.10) – двойных дверей без тамбура Qд.нд = Qо.лк ⋅ (0,34 H ) ; (2.11) – одинарных дверей Qд.нд = Qо.лк ⋅ (0,22 H ) , (2.12) где Qо.лк − основные теплопотери через двери в помещении лестничной клетки, Вт; 0,2Н, 0,27Н, 0,34Н, 0,22Н – значения коэффициентов добавок, учитывающих тип дверей и высоту здания. 2.2.3. ДОБАВОЧНЫЕ ПОТЕРИ ТЕПЛА НА НАЛИЧИЕ ДВУХ И БОЛЕЕ НАРУЖНЫХ СТЕН Дополнительные потери тепла через ограждения при наличии в помещении двух и более наружных стен учитываются по общественным зданиям и вспомогательным помещениям производственных зданий в размере 5% основных теплопотерь (в угловых помещениях жилых зданий повышают расчётную температуру внутреннего воздуха на 2° и добавку не вводят) [5]. 2.2.4. ДОБАВОЧНЫЕ ПОТЕРИ НА ВЫСОТУ ПОМЕЩЕНИЙ При высоте помещений более 4 м расчётная величина теплопотерь через все ограждения с включением добавок увеличивается на 2% на каждый метр высотой сверх 4 м, но не более 15%. Эта добавка необходима в связи с некоторым перегревом воздуха верхней зоны помещения [5]. 2.2.5. РАСХОД ТЕПЛОТЫ НА НАГРЕВАНИЕ ИНФИЛЬТРУЮЩЕГОСЯ ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ Причинами инфильтрации воздуха через ограждения являются тепловое давление, возникающее вследствие разности плотности холодного наружного и теплового внутреннего воздуха, и ветровое давление, соз24 дающееся в результате перехода у стен здания динамического давления ветра в статическое. В жилых и общественных зданиях инфильтрация происходит через окна, балконные двери, световые фонари, наружные и внутренние двери, ворота, открытые проёмы, щели, стыки стеновых панелей [5]. Добавочные потери теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха Qи , Вт, для помещений, не оборудованных естественной вентиляцией, определяется по формуле [7]: Qи = 0,28 ⋅ где ∑ Gи ∑ Gи с (tв − tн ) k н , (2.13) – расход инфильтрующегося воздуха, кг/ч, через ограждающие конструкции помещения, кг/ч, определяемый по формуле (2.9); с – удельная теплоёмкость воздуха, равная 1 кДж / (кг⋅°С); kн – коэффициент учёта влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для стыков панелей стен и окон с тройными переплётами, 0,8 – для окон и балконных дверей с раздельными переплётами и 1,0 – для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплётами и открытых проёмов; tв , tн – расчётные температуры воздуха в помещении и наружного воздуха в холодный период, ºС. Сначала определяют расход теплоты Qи, Вт, на нагревание инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, следует определять по формуле Qи = 0,28Lρ н с (t в − t н ) , (2.14) где ρн – плотность наружного воздуха, кг/м3; L – расход удаляемого воздуха, м3/ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом; для жилых зданий с расчётной заселённостью квартиры не более 20 м2 общей площади на человека – соответствующий 3 м3/ч; для жилых зданий без ограничения заселённости – (0,35·3 м3/ч) на 1 м2 площади жилых помещений, но не менее 30 м3/ч на одного жителя или суммарного количества воздуха, удаляемого из кухни, ванной, туалета и других вспомогательных помещений; для общественных и административных зданий (офисов и объектов сервисного обслуживания) – соответствующий 4 м3/ч; для учреждений здравоохранения и образования – 5 м3/ч; для спортивных, зрелищных и детских дошкольных учреждений – 6 м3/ч на 1 м2 площади рабочих помещений. Суммарный расход инфильтрующегося воздуха через окна и балконные двери определяется по формуле 25 ∑ Gи = 0,21(∆р 2 / 3 Fо ) 0,21(∆р 2 / 3Fб ) + , Rи Rи (2.15) где Fо – площадь окна, м2; Fб – площадь балконной двери, м2; Rи – сопротивление воздухопроницанию, (м2⋅ч⋅Па) / кг, принимаемое по [1], равное для уплотнения оконных и балконных заполнителей из прокладки из губчатой резины или полушерстяного шнура Rи = 0,42 (м2⋅ч⋅Па) / кг [9]; ∆р – расчётная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па. Расчётная разность давлений ∆р , Па, определяется величиной гравитационно-ветрового давления и работой вентиляции по формуле ∆р = ( H − h) 9,8 (ρ н − ρ в ) + 0,5vн2 ρ н (Cн − С з ) k v , (2.16) где Н – высота здания до верха карниза или вытяжных отверстий шахт, м; h – расстояние от поверхности земли до верха окон, дверей, м; ρв , ρн – плотность воздуха при температуре внутреннего tв и наружного tн воз- 353   духа, кг/м3,  ρ =  ; vн – скорость ветра, м/с, принимаемая по [4]; 273 +t   Сн, Сз – аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания, принимаются 0,8 и 0,6 соответственно [8]; kv – коэффициент учёта изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания, принимается равным 0,7 [8]. Далее по формуле (2.13) определяются потери тепла на подогрев воздуха поступающего инфильтрацией. За расчётное принимают большее из полученных значений по формулам (2.13) и (2.14). Для одного помещения расчёты теплопотерь на инфильтрацию представляют в развёрнутом виде, т.е. с записью формул и цифр. Для здания в целом расчёты удобнее представлять в виде табл. 2.1. 2.1. Расчёт тепла на нагревание воздуха, инфильтрующегося через окна и балконные двери № этажа № этажа 26 Н и h, м H – h, м Gи(окно) , Gи(б.дверь) , кг/ч кг/ч ( H − h) 9,8 × 0,5vн2ρн × ×(ρн − ρв ) ×(Сн − Сз ) k Qи(окно) , Вт Qи(б.дверь) , Вт ∆р , Па ∑ Qи , Вт Пример 2.7 Исходные данные. Рассчитать расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха в жилой комнате здания, расположенного в городе Липецке. Жилое помещение оборудовано естественной вытяжной вентиляцией с нормативным воздухообменом 3 м3/ч на 1 м2 площади пола. Высота здания от уровня земли до верха вытяжной шахты естественной вентиляции Н = 7,2 м. Размеры окна с двойным остеклением в спаренных переплётах из ПВХ 1,68 × 1,8 м. Расстояние от пола до подоконника окна – h = 1 м. Для данного окна Rотр = 0,47 (м2·°С) / Вт (см. пример 2.4). Плотность наружного и внутреннего воздуха при tн = −27 °С и tв = 18 °С соответственно: ρн = 353 353 353 353 = = 1,435 кг/м3; ρв = = = 1,213 кг/м3. 273 + tн 273 − 27 273 + tв 273 + 18 Коэффициент учёта влияния встречного теплового потока в конструкции окна kн = 1. Коэффициент учёта изменения скоростного давления ветра равен kv = 0,7. Аэродинамические коэффициенты Сн = 0,8; Сз = 0,6. По таблице [4] скорость ветра в городе Липецке в холодный период года равна vн = 6,5 м/с. Площадь пола жилой комнаты F = 3,82 × 6,54 = 24,98 м2. Порядок расчёта 1. Определяем разность давлений воздуха на наружную и внутреннюю поверхность ограждения (окна) жилой комнаты по формуле (2.16): ∆р = (7,2 − 1) ⋅ 9,8 ⋅ (1,435 − 1,213) + 0,5 ⋅ 6,52 ⋅1,435 ⋅ (0,8 − 0,6) ⋅ 0,7 = 17,7 Па. 2. Вычисляем расход инфильтрующегося воздуха через окно по формуле (2.15): ∑ Gи = 0,21⋅ (∆р 2 / 3 ⋅ Fо ) 0,21 ⋅ (17,7 2 3 ⋅1,68 ⋅1,8) = = 10,3 кг/ч. Rи 0,42 3. По формуле (2.13) рассчитываем расход теплоты для нагревания инфильтрующегося воздуха через окно вследствие действия теплового и ветрового давления: 27 Qи = 0,28 ⋅10,3 ⋅1 ⋅ (18 + 27) ⋅1 = 129,8 Вт. 4. По формуле (2.14) вычисляем расход теплоты для нагревания инфильтрующегося воздуха при естественной вентиляции, не компенсируемый притоком подогретого воздуха: Qи = 0,28 ⋅ 3 ⋅ 24,98 ⋅1,435 ⋅1⋅ (18 + 27) = 1355 Вт. 5. За расчётную величину следует принять большее из полученных значений Qи = 1355 Вт. 2.3. РАСЧЁТ ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЙ При расчёте тепловой мощности системы отопления необходимо учитывать регулярные бытовые теплопоступления в помещение от электрических приборов, освещения, технологического оборудования, коммуникаций и других источников. При этом значения бытовых тепловыделений, поступающих в комнаты и кухни жилых домов, следует принимать в количестве 10 Вт на 1 м2 площади пола и определять по уравнению, Вт [7]: Qб = 10 F , (2.17) где F – площадь пола помещения, м2. Пример 2.8 Вычислить бытовые тепловыделения в жилую комнату, площадь пола которой равна F = 35,8 м2. Порядок расчёта По формуле (2.17) определяем бытовые теплопоступления в жилую комнату: Qб = 10 ⋅ 35,8 = 358 Вт. 2.4. УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ЗДАНИЯ Для компенсации теплопотерь через наружные ограждения устраивают системы отопления. Тепловая мощность системы отопления Qс.о. , Вт, помещения определяется по формуле Qс.о. = 28 ∑ Qпот. − ∑ Qпост. , (2.18) где ∑ Qпот. – суммарные тепловые потери помещением, Вт; ∑ Qпост. – суммарные теплопоступления в помещение, Вт. Вычисление теплопотерь и теплопоступлений производят для каждого помещения отдельно, а затем для всего здания в целом. С другой стороны, выражение (2.18) можно представить в виде Qс.о. = где ∑ Qосн ∑ Qосн + ∑ Qи − ∑ Qб , (2.19) – сумма основных потерь теплоты через ограждающие конст- рукции здания (наружные стены, окна, балконные двери, полы, перекрытие и крышу, наружные двери), Вт; ∑ Qи – сумма добавочных потерь теплоты на инфильтрацию, Вт. Основные потери теплоты с учётом добавочных через ограждающие конструкции с округлением до 10 Вт определяются по формуле Qосн. = F (t в − t н ) (1 + Rо ∑ β) n , (2.20) где F – расчётная площадь ограждающей конструкции, м2; Rо – общее термическое сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции, (м2·ºС) / Вт; β – коэффициент, учитывающий добавочные потери теплоты. Далее расчёты теплопотерь помещений здания сводятся в табл. 2.2, где должны быть подведены итоги потерь тепла по отдельным помещениям, по этажам и по всему зданию в целом. Здесь ограждающие конструкции обозначаются сокращённо начальными буквами (колонка 4 табл. 2.2): НС – наружные стены; О – окна; БД – балконные двери; Пл – полы; Кр – крыша; Пр – перекрытие. 2.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ Тепловая мощность системы отопления N с.о , Вт, определяется, исходя из теплового баланса здания по формуле (2.18), с учётом коэффициента запаса мощности: N с.о = 1,15 Qс.о . (2.21) Результаты расчёта теплового баланса здания сводятся в табл. 2.3. 29 1 № помещения 30 № помещения 3 Назначение помещения 2 Qосн, Вт Внутренняя температура воздуха tв, ºС Qб, Вт I этаж 6 Qс.о., Вт 7 Qосн, Вт 8 Qб, Вт 10 II этаж Qи, Вт 9 Qс.о., Вт 11 Qосн, Вт 12 14 Qб, Вт III этаж Qи, Вт 13 Добавочные теплопотери β, Вт 2.2. Расчёт теплопотерь зданием 15 16 Qс.о., Вт 2.3. Тепловой баланс отапливаемых помещений и здания в целом 5 Характеристика ограждения Qи, Вт 4 Обозначение Ориентация по сторонам света Размеры а × b, м2 Площадь F, м2 Расчётная температура наружного воздуха tн, ºС Расчётная разность температур (tв – tн), ºС Поправочный коэффициент п Теплопотери через ограждающие конструкции Qогр, Вт на ориентацию по отношению к сторонам света на наличие двух и более наружных стен на открывание наружных дверей на высоту помещения Сумма добавочных теплопотерь ∑β 18 ∑ Qс.о. , Вт ∑Qздания, Вт 17 Общие теплопотери через наружные ограждения (с учётом добавочных теплопотерь) Qс.о., Вт Потери теплоты на инфильтрацию Qи, Вт 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ И ЧИСЛА ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ Отопительные приборы по преобладающему способу теплоотдачи подразделяются на радиационные, конвективно-радиационные и конвективные [13]. К радиационным приборам, передающим излучением более 50% общего теплового потока, следует отнести отопительные панели металлические или бетонные, расположенные в подпотолочной зоне или в плоскости наружных и внутренних стен. К конвективно-радиационным приборам, передающим конвекцией не менее 50% общего теплового потока, относят радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы. К конвективным приборам, передающим конвекцией не менее 75% общего теплового потока, относят конвекторы, ребристые трубы и воздухонагреватели (калориферы), применяемые для нагревания воздуха. В эти группы входят отопительные приборы пяти основных видов (рис. 3.1): радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы (эти три вида приборов имеют гладкую внешнюю поверхность), конвекторы, ребристые трубы (имеют ребристую поверхность). а) б) в) 1 д) 3 г) 1 1 3 1 2 Рис. 3.1. Конструкции отопительных приборов различных видов (поперечные разрезы): а – радиатор секционный; б – радиатор стальной панельный; в – гладкотрубный прибор (из трёх горизонтальных стальных труб); г – конвектор с кожухом; д – ребристая труба (из двух горизонтальных чугунных труб); 1 – канал для теплоносителя; 2 – оребрение из стальных пластин; 3 – чугунный фланец 31 К приборам с ребристой внешней поверхностью относят также калориферы, применяемые для нагревания воздуха в системах воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования [14]. Отопительные приборы из гладких труб выполняются в виде регистров или змеевиков (рис. 3.2). Общая длина прибора и число труб по вертикали зависит от тепловой мощности отопительного прибора. Ребристой трубой называют конвективный прибор, представляющий собой фланцевую чугунную трубу, наружная поверхность которой покрыта совместно отлитыми тонкими рёбрами (рис. 3.3) [14]. На равномерность температурного поля на внешней поверхности отопительных приборов влияет направление движения теплоносителя (воды) внутри прибора, связанное с местами его подвода и отведения, т.е. способ соединения приборов с теплопроводами. а) б) 1 1 2 4 3 Рис. 3.2. Формы соединения труб в гладкотрубных отопительных приборах: а – змеевиковая форма; б – регистровая форма; 1 – нитки; 2 – колонка; 3 – калачи; 4 – заглушка 1 2 3 Рис. 3.3. Ребристая чугунная труба: 1 – канал для теплоносителя; 2 – рёбра; 3 – соединительный фланец 32 вход Схема 1 выход Схема 2 вход выход Схема 3 вход выход Рис. 3.4. Основные схемы присоединения радиаторов к теплопроводам систем водяного отопления На рисунке 3.4 представлены три основные схемы присоединения секционных и панельных радиаторов. Наиболее равномерной и высокой температура поверхности радиаторов получается при схеме присоединения «сверху-вниз» (схема 1). При других типах присоединения «снизувниз» (схема 2) и «снизу-вверх» (схема 3) коэффициент теплопередачи будет ниже [10]. После того, как выбраны класс, вид и модель отопительных приборов, необходимо определить, как эти приборы будут подключаться к отопительной сети здания. Существуют две основные системы отопления: однотрубная и двухтрубная (рис. 3.5). а) в) б) г) Рис. 3.5. Схемы подключения радиаторов: а – однотрубная система, стандартное подключение; б – однотрубная система, подключение с перемычкой; в – двухтрубная система, стандартное подключение; г – двухтрубная система, рекомендуемое подключение; 1 – подающий трубопровод; 2 – радиатор; 3 – терморегулятор (ручной или автоматический); 4 – вентиль нижний; 5 – воздухоотводчик; 6 – перемычка (байпас); 7 – обратный трубопровод; 8 – заглушка 33 Однотрубная система (рис. 3.5, а, б). Теплоноситель (вода) по одному трубопроводу (стояку) подаётся наверх здания, а по другому опускается вниз, последовательно проходя через все отопительные приборы, установленные на этажах. Чем ниже этаж, тем холоднее становится вода, поступающая в прибор. Какая-либо регулировка прибора при этом невозможна, так как всякое изменение сечения прохода воды приводит к уменьшению её потока во всём стояке. Двухтрубная система (рис. 3.5, в, г). Теплоноситель подаётся по одному трубопроводу (подающий), а отводится по другому (обратный). Отопительные приборы подключаются к стоякам параллельно. Поэтому температура теплоносителя, входящего в приборы на всех этажах здания, одинакова. Если устанавливается новый отопительный прибор, то необходимо управление его теплоотдачи. В однотрубной системе это достигается с помощью установки перемычки (байпаса) и запорно-регулировочной арматуры (рис. 3.6). В двухтрубной системе для управления теплоотдачей байпас не требуется, достаточно на подводящей трубе (верхней подводке) установить терморегулятор 3. Перемычка (байпас) – это отрезок трубы, установленный между прямой и обратной подводками прибора, диаметр которой меньше диаметра подводки на один калибр (обычно это труба диаметром полдюйма). Когда терморегулятор 3 (рис. 3.5, б и рис. 3.6) ручной или автоматический, изменяет количество теплоносителя, поступающего в прибор, его избыточная часть через перемычку возвращается в стояк, не влияя на работу других приборов на стояке. При этом изменяется температура поверхности радиатора и, следовательно, температура воздуха в помещении. Тепловой расчёт отопительного прибора заключается в определении площади внешней нагревательной поверхности прибора, обеспечивающей необходимый тепловой поток от теплоносителя в помещение (рис. 3.7) [10]. Трубная заготовка (байпас) Обвязка радиатора Радиаторный терморегулятор с клапаном Д = 20(15) мм Пробка радиатора Стояк Воздухоотводный клапан Муфта Байпас Хвостовик Контргайка Стояк Пробка радиатора Заглушка Запорный кран Д = 20(15) мм Рис. 3.6. Обвязка радиатора в однотрубной системе отопления 34 tp Qпp tн Рис. 3.7. Схема теплоотдачи отопительного прибора Qпр и труб Qтр для компенсации теплопотребления Qтp tо Тепловая мощность прибора, т.е. его расчётная теплоотдача Qпр , Вт, определяется теплопотребностью помещения за вычетом теплоотдачи теплопроводов, проложенных в этом помещении Qтр . Теплоотдача отопительного прибора Qпр , Вт, определяется по формуле Qпр = qпр Fпр , (3.1) где qпр – поверхностная плотность теплового потока прибора, Вт/м2; Fпр – расчётная площадь отопительного прибора, м2. Отсюда площадь поверхности отопительного прибора Fпр = Qпр / qпр , (3.2) где требуемая теплоотдача прибора Qпр определяется по формуле Qпр = Qп − β трQтр , (3.3) где Qп – теплопотребность помещения (теплопотери), Вт; β тр – поправочный коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи теплопороводов, полезную для поддержания заданной температуры воздуха в помещении ( β тр составляет при прокладке труб: открытой – 0,9; скрытой в глухой борозде стены – 0,5; замоноличенной в тяжёлый бетон – 1,8); Qтр – сум35 марная теплоотдача проложенных в пределах помещения нагретых труб стояка (ветви) и подводок, к которым непосредственно присоединён прибор, Вт. Суммарную теплоотдачу теплопроводов находят по формуле Qтр = qв lв + qг lг , (3.4) где qв , qг – теплоотдача 1 м вертикальных и горизонтальных труб в помещении, Вт/м, принимается [11]; lв , lг – длина вертикальных и горизонтальных труб в пределах помещения, м. Расчётную плотность теплового потока определяют для теплоносителя (воды) по формуле  ∆t ср qпр =   70 1+ n     p  G пр     360  сqном ,   (3.5) где ∆tср – средний температурный напор в отопительном приборе, с учётом понижения температуры воды в подающей магистрали и стояке, °С; Gпр – действительный расход воды в отопительном приборе, кг/ч; qном – номинальная плотность прибора, принятого к установке, при стандартных условиях работы, Вт/м2, [9]; п, р, с – коэффициенты [9]. Для двухтрубных систем водяного отопления, когда каждый нагревательный прибор подключается к подающей магистрали независимо, средний температурный напор в отопительном приборе определяется по формуле ∆tср = 0,5(tг + tо ) , (3.6) где tв – температура окружающего воздуха, °С; tг – температура теплоносителя в подающем трубопроводе, °С; tо – температура теплоносителя в обратном трубопроводе, °С. В однотрубных системах водяного отопления нагревательные приборы соединены последовательно, поэтому температура теплоносителя, поступающего в последующий прибор, должна рассчитываться с учётом охлаждения воды в предыдущем приборе и с учётом охлаждения теплоносителя в трубах подающей магистрали на 2 °С меньше. Температура воды, входящей в первый нагревательный прибор, принимается tвх = tг − 2 . Температура вода на выходе из прибора рассчитывается по формуле [11]: 36 t вых = t вх − 0,5 Qпр β1β 2 3,6 , св Gпр (3.7) где β1 – поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную площадь отопительных приборов (для радиаторов и конвекторов β1 = 1,03…1,08, для ребристых труб β1 = 1,13); β 2 – поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери вследствие размещения отопительных приборов у наружных ограждений ( β 2 = = 1,02…1,04). Средний температурный напор в отопительном приборе при однотрубной системе отопления ∆tср = tвых − tв . (3.8) Действительный расход воды в отопительном приборе рассчитывается по формуле, кг/ч: Gпр = 3,6Qп , св (t г − t о ) (3.9) где Qп – теплопотери в рассматриваемом помещении, Вт; св – удельная массовая теплоёмкость воды, равная 4,19 кДж / (кг·°С). Число секций радиаторов определяют по формуле N= Fпр β 4 , f1 β 3 (3.10) где f1 – площадь поверхности нагрева одной секции, м2, принимается [11]; β4 – коэффициент, учитывающий способ установки отопительных приборов, принимается [11]; β3 – поправочный коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе, рассчитывается по формуле β3 = 0,92 + 0,16 / Fпр . ( ) Число панельных радиаторов типа РСВ1 и РСВ2 рассчитывается по формуле N = Fпр / f1 , (3.11) где f1 – площадь одной панели, м2, принимается [11]. 37 Число элементов конвекторов без кожуха или ребристых труб в ярусе по вертикали или в ряду по горизонтали определяется по формуле N = Fпр / (п f1 ) , (3.12) где п – число ярусов или рядов элементов, составляющих прибор; f1 – площадь одного элемента конвектора или одной ребристой трубы принятой длины, м2, принимается [11]. Длина греющей трубы l, м, в ярусе или в ряду гладкотрубного прибора составляет Fпр β 4 l= , (3.13) n f1 где п – число ярусов или рядов греющих труб, составляющих прибор; f1 – площадь 1 м открытой горизонтальной трубы принятого диаметра, м2/м. Подбор нагревательных элементов для одного стояка проводится подробно с формулами и вычислениями. Подбор поверхности нагревательных приборов для остальных стояков представляется в виде сводной табл. 3.1. 38 7 9 β4 βтр 10 11 12 Тепловая мощность прибора Qпр, Вт Теплоотдача подводящих трубопроводов Qтр, Вт Расчётная плотность теплового потока qпр, Вт/м2 Расход теплоносителя Gпр, кг/ч 8 β3 13 14 Число секций N 6 Поправочные коэффициенты Расчётная площадь поверхности нагрева отопительного прибора Fпр, м2 5 Способ подачи теплоносителя 4 Средний температурный напор ∆tср, ºС 3 Температура теплоносителя в на выходе tвых, ºС Температура теплоносителя на входе tвх, ºС 2 Теплопотребность помещения (теплопотери) Qп, Вт 1 Температура воздуха внутри помещения tв, ºС № помещения 3.1. Расчёт поверхности отопительных приборов 15 16 Пример 3.1 Исходные данные: – наименование объекта – жилое здание; – район строительства – город Липецк; – расчётная температура внутреннего воздуха tв = 18 °С; – вид теплоносителя в системе отопления – вода; температура воды в подающем трубопроводе tг = 95 °C, температура воды в обратном трубопроводе tо = 70 °C; – система отопления – однотрубная с нижней разводкой, проточная, нерегулируемая; – тип отопительного прибора – чугунный радиатор М-90; – диаметр стояка и подводок Dу = 20 мм; – высота помещения 2,5 м; – радиатор расположен у стены без ниши под подоконником на расстоянии от него А = 40 мм; – теплопотребность помещения составляет Qп = 1580 Вт. Порядок расчёта 1. Рассчитаем действительный расход воды в отопительном приборе по формуле (3.9): Gпр = 3,6 ⋅1580 = 54,3 кг/ч. 4,19 ⋅ (95 − 70) 2. Теплоотдача вертикальных ( lв = 2,5 − 0,5 = 2,0 м) и горизонтальных ( lг = 0,8 м) труб диаметром Dу = 20 мм находим по формуле (3.4). При этом теплоотдача 1 м вертикальных и горизонтальных труб в помещении qв = 84 Вт/м, qг = 105 Вт/м определяем по таблице [11] в зависимости от разности значений температуры tг − tв = 95 − 18 = 77 °С. Qтр = 84 ⋅ 2 + 105 ⋅ 0,8 = 252 Вт. 3. Требуемую теплоотдачу прибора определяем по формуле (3.3). При этом поправочный коэффициент для открытой прокладки труб равен β тр = 0,9 . Qпр = 1580 − 0,9 ⋅ 252 = 1353,2 Вт. 4. Температура воды, входящей в отопительный прибор, tвх = tг − 2 = 95 − 2 = 93 °С. 39 5. Температуру воды на выходе из прибора определим по формуле (3.7). Поправочные коэффициенты принимаем β1 = 1,05; β 2 = 1,03. tвых = 93 − 0,5 ⋅1353,2 ⋅1,05 ⋅1,03 ⋅ 3,6 /(4,19 ⋅ 54,3) = 81,4 °С. 6. Средний температурный напор в отопительном приборе при однотрубной системе отопления определяем по формуле (3.8) ∆tср = 81,4 − 18 = 63,4 °С. 7. Расчётную плотность теплового потока определяем по формуле (3.5). Для чугунного радиатора марки М-90 номинальная плотность теплового потока равна qном = 700 Вт/м2 [9]. Согласно таблице [9], коэффициенты n = 0,3; p = 0; с = 1,0. 1+ 0,3  63,4  qпр =    70   54,3  2 ⋅  ⋅1⋅ 700 = 615,4 Вт/м .  360  8. Площадь поверхности отопительного прибора определяем по формуле (3.2): Fпр = 1353,2 / 615,4 = 2,2 м2. муле 9. Число секций чугунного радиатора М-90 рассчитывается по фор(3.10). Поправочные коэффициенты равны β4 = 1,05 [11], β3 = 0,92 + 0,16 / Fпр = 0,92 + 0,16 / 2,2 = 0,99 . Площадь поверхности нагрева одной секции принимается по таблице [11] f1 = 0,2 м2. N= 2,2 1,05 ⋅ = 11,7 . 0,2 0,99 Принимаем к установке 12 секций. 40 4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ Система отопления – это комплекс элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества теплоты в обогреваемые помещения [11]. Каждая система отопления, в соответствии с рис. 4.1, включает в себя три основных элемента: теплогенератор 1, служащий для получения теплоты и передачи её теплоносителю, системы теплопроводов 2 для транспортировки по ним теплоносителя от теплогенератора к отопительным приборам 3, передающих теплоту от теплоносителя воздуху и ограждениям помещения. В качестве теплогенератора для системы отопления может служить отопительный котельный агрегат или любой другой теплообменный аппарат, использующий иной, чем в системе отопления, теплоноситель. Классификацию систем отопления проводят по ряду признаков в соответствии с рис. 4.2 [11]. 1. По взаимному расположению основных элементов, системы отопления подразделяются на центральные и местные. Центральные системы отопления – это системы отопления, предназначенные для отопления нескольких помещений из одного теплового пункта, где находится теплогенератор (котельная или ТЭЦ). Примером центральной системы отопления может служить система водяного отопления здания с местной котельной. Местные системы отопления – это система отопления, при которой все три основных элемента (теплогенератор, теплопровод и отопительный прибор) конструктивно объединены в одном устройстве, установленном в 1 2 3 Рис. 4.1. Принципиальная схема системы отопления: 1 – теплогенератор; 2 – теплопровод; 3 – отопительный прибор 41 Системы отопления Центральные Водяные Воздушные Местные Паровые Комбинированные Низкого давления Высокого давления Вакуум-паровые Циркуляция Искусственная Естественная Низкотемпературные Высокотемпературные Рис. 4.2. Классификация систем отопления обогреваемом помещении. Примером местной системы отопления является отопительная печь, имеющая теплогенератор (топливник), теплопроводы (газоходы внутри печи) и отопительные приборы (стенки печи). 2. По виду теплоносителя, передающего теплоту отопительными приборами в помещения, центральные системы отопления подразделяются на водяные, паровые, воздушные и комбинированные. 3. По способу циркуляции теплоносителя местные и центральные системы водяного и воздушного отопления подразделяются на системы с естественной циркуляцией за счёт разности плотностей холодного и горячего теплоносителя (при t = 70 °C , ρ = 977,8 кг/м3 и при t = 95 °C , ρ = 961,86 кг/м 3 ) и системы с искусственной циркуляцией за счёт работы насоса. 4. По параметрам теплоносителя центральные водяные и паровые системы подразделяются на водяные низкотемпературные с водой, нагретой до 100 °С и высокотемпературные с температурой воды более 100 °С; на паровые системы низкого ( p = 0,1...0,17 МПа), высокого ( p = = 0,17…0,3 МПа) давления и вакуум-паровые с давлением p < 0,1 МПа. 42 4.2. ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ Сравнительные достоинства и недостатки различных систем отопления приведены в табл. 4.1 [11]. 4.1. Характеристика систем отопления Система отопления Преимущества Недостатки Водяная 1. Обеспечивает равномерность температуры помещения. 2. Ограничивает верхний предел температуры поверхности отопительных приборов. 3. Простота центрального регулирования отопительных приборов. 4. Бесшумно действует. 5. Долговечна 1. Значительное гидростатическое давление в системе. 2. Значительный расход металла. 3. Тепловая инерционность. 4. Опасность замораживания воды Паровая 1. Высокая теплоотдача отопительных приборов. 2. Уменьшается расход металла. 3. Незначительное гидростатическое давление. 4. Меньшая опасность замораживания. 5. Быстрый прогрев помещения. 6. Возможность перемещения пара на большие расстояния 1. Высокая температура на поверхности труб. 2. Невозможность центрального качественного регулирования теплоотдачи приборов. 3. Сложная и дорогостоящая эксплуатация. 4. Меньшая долговечность. 5. Шум и удары в системе Воздушная 1. Возможность совмещения с системой вентиляции. 2. Отсутствие в помещении отопительных приборов. 3. Отсутствие тепловой инерции. 4. Возможность центрального качественного регулирования 1. Большие сечения каналов. 2. Большие теплопотери при прокладке магистральных воздуховодов. 3. Малая теплоаккумулирующая способность 43 Системы водяного отопления благодаря высоким санитарно-гигиеническим качествам, надёжности и долговечности получили в нашей стране наиболее широкое применение в гражданских и производственных зданиях. Паровые системы отопления допускаются в промышленных и ряде общественных зданий (при наличии пара для технологических нужд) при кратковременном пребывании в них людей. Воздушное отопление получило широкое распространение в производственных зданиях с выделением вредностей и влаги. 4.3. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ Классификация систем водяного отопления проводится по следующим основным признакам [11]. 1. По способу создания циркуляции водяные системы отопления подразделяются на системы с естественной циркуляцией (гравитационные) и с искусственной циркуляцией (насосные). В системах с естественной циркуляцией (рис. 4.3) движение воды осуществляется под действием разности плотностей охлаждённой воды после отопительных приборов и горячей воды, поступающей в систему отопления. В системах с искусственной циркуляцией движение воды происходит под действием насоса. 2. По схеме включения отопительных приборов в стояк или ветвь системы водяного отопления подразделяются на двухтрубные в соответствии с рис. 4.3 (приборы присоединены по теплоносителю параллельно) и однотрубные (приборы присоединены по теплоносителю последовательно). 3. По направлению объединения отопительных приборов как двухтрубные, так и однотрубные системы отопления могут быть вертикальными в соответствии с рис. 4.3 (последовательно присоединяются к общему вертикальному стояку отопительные приборы на разных этажах) и горизонтальными (последовательно присоединяются к общей горизонтальной ветви отопительные приборы на одном этаже). 4. По месту расположения подающих и обратных магистралей системы водяного отопления подразделяются на системы с верхним расположением подающих магистралей в соответствии с рис. 4.3 (по чердаку или под потолком верхнего этажа, а обратных магистралей – по подвалу) и с нижним расположением обеих магистралей (по подвалу или над полом первого этажа). 5. По направлению движения воды в подающих и обратных магистралях системы водяного отопления подразделяются на тупиковые в соответствии с рис. 4.3 (горячая и охлаждённая вода в магистралях движется в противоположных направлениях) и с попутным движением (горячая и охлаждённая вода в магистралях движется в одном направлении). Область применения и преимущества различных систем водяного отопления представлены в табл. 4.2 [11]. 44 4.2. Область применения и преимущества различных систем водяного отопления Системы водяного отопления Преимущества Область применения Вертикальные двухтрубные системы с верхним расположением подающей магистрали с естественной циркуляцией воды 1. Большое естественное циркуляционное давление. 2. Проще удалять воздух из системы. 3. Выше теплоотдача отопительных приборов. 4. Поступление воды с наивысшей температурой к каждому отопительному прибору. 5. Минимальная площадь отопительных приборов В зданиях с числом этажей до трёх включительно Вертикальные двухтрубные системы с нижним расположением обеих магистралей с естественной циркуляцией воды 1. Меньшие теплопотери. 2. Монтаж и пуск системы могут производиться поэтажно. 3. Удобнее эксплуатация системы. 4. Большая гидравлическая и тепловая надёжность системы. 5. Поступление воды с наивысшей температурой к каждому отопительному прибору. 6. Минимальная площадь отопительных приборов В малоэтажных зданиях с кранами двойной регулировки у отопительных приборов Вертикальные однотрубные системы с замыкающими участками на стояках и естественной циркуляцией воды 1. Меньшая стоимость. 2. Простой монтаж и меньшая длина теплопроводов. 3. Красивый внешний вид В многоэтажных производственных зданиях 45 Продолжение табл. 4.2 Системы водяного отопления Преимущества Область применения Однотрубные горизонтальные системы с естественной циркуляцией воды 1. Меньший расход труб. 2. Возможность поэтажного включения системы. 3. Стандартность узлов. 4. Проще осуществляется монтаж В производственных помещениях Вертикальная двухтрубная система отопления с искусственной циркуляцией и тупиковой системой 1. Большая разница в потере давления в отдельных циркуляционных кольцах. 2. Равномерный прогрев всех отопительных приборов В производственных помещениях Однотрубная система с нижней прокладкой магистралей с искусственной циркуляцией 1. Меньший диаметр труб. 2. Большой радиус действия. 3. Простой монтаж. 4. Устойчивый тепловой и гидравлический режим работы В производственных помещениях 4.4. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЁТА ТЕПЛОПРОВОДОВ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ Целью гидравлического расчёта является определение диаметров теплопроводов при заданной тепловой нагрузке и расчётном циркуляционном давлении, установленном для данной системы [11]. Гидравлический расчёт теплопроводов систем водяного отопления выполняют различными методами. Наибольшее распространение получили методы расчёта теплопровода по удельным потерям и по характеристикам сопротивления. Первый метод заключается в раздельном определении потерь давления на трение и в местных сопротивлениях. При этом диаметры теплопроводов определяют при постоянных перепадах температуры воды во всех стояках и ветвях, равных расчётному перепаду температуры воды во всей системе. 46 Во втором методе устанавливают распределение потоков воды в циркуляционных кольцах системы и получают неравные перепады температуры воды в стояках и ветвях. Предварительно выбирают диаметр теплопровода на каждом расчётном участке с учётом допустимых скоростей движения воды. Расчётным участком называют участок теплопровода с неизменным расходом теплоносителя. При расчёте главного циркуляционного кольца (наиболее неблагоприятного в гидравлическом отношении циркуляционного контура) рекомендуется предусматривать запас давления на неучтённые сопротивления, но не более 10% расчётного давления. Методика гидравлического расчёта теплопровода систем водяного отопления [11]. 1. До гидравлического расчёта теплопроводов выполняют аксонометрическую схему системы отопления со всей запорно-регулирующей арматурой. К составлению такой схемы приступают после того, как: подсчитана тепловая мощность системы отопления здания; выбран тип отопительных приборов и определено их число для каждого помещения; размещены на поэтажных планах здания отопительные приборы, горячие и обратные стояки, а на планах чердака и подвала – подающие и обратные магистрали; выбрано место для теплового пункта или котельной; показано на плане чердака или верхнего этажа (при совмещённой крыше) размещение расширительного бака и приборов воздухоудаления. На планах этажей, чердака и подвала горячие и обратные стояки системы отопления должны быть пронумерованы, а на аксонометрической схеме, кроме стояков, нумеруют все расчётные участки циркуляционных колец – участки труб, а также указывают тепловую нагрузку и длину каждого участка. Сумма длин всех расчётных участков составляет величину расчётного циркуляционного кольца. 2. Выбирают главное циркуляционное кольцо. В тупиковых схемах однотрубных систем за главное принимается кольцо, проходящее через дальний стояк, а в двухтрубных системах – кольцо, проходящее через нижний прибор дальнего стояка. В последнем случае общая длина расчётного циркуляционного кольца Σl – наибольшая, а расчётное циркуляционное давление Σpp – наименьшее, тогда и отношение Σpр Σl , определяющее давление на 1 м длины, здесь будет наименьшим. При попутном движении воды наиболее неблагоприятным в гидравлическом отношении является кольцо, проходящее через один из средних наиболее нагруженных стояков. 3. Определяют расчётное циркуляционное давление   ∆pр = ∆pнас + ∆pе = ∆pнас + Е  ∆pе. пр + ∆pе. тр  ,   (4.1) 47 где ∆pнас – циркуляционное давление, создаваемое насосом или элеватором, Па; ∆pе – расчётное циркуляционное давление, Па; Е – коэффициент, определяющий долю максимального естественного давления, которую целесообразно учитывать в расчётных условиях; ∆pе. пр – естественное циркуляционное давление, возникающее за счёт охлаждения воды в отопительных приборах, Па; ∆pе. тр – естественное циркуляционное давление, вызываемое охлаждением воды в теплопроводах, Па. При типовом проектировании ∆pнас принимают равным 10…12 кПа, а при подключении системы отопления к тепловым сетям рассчитывают по формуле ∆pнас = pэ 1,4 (1 + u )2 , (4.2) где pэ – давление, которое необходимо иметь перед элеватором для обеспечения нормальной его работы, кПа; u – коэффициент смешения. При наличии циркуляционных насосов ∆pнас принимают по их характеристикам, а диаметры теплопроводов – по допустимым скоростям движения воды. Рекомендуется для двухтрубных систем принимать Е = 0,4...0,5, для однотрубных систем Е = 1 . Естественное давление ∆pе. пр и ∆pе. тр можно не учитывать, если оно составляет не более 10% давления, создаваемого механическим побуждением. В системах отопления многоэтажных зданий ∆pе. пр в большинстве случаев является основным по величине, а ∆pе. тр – дополнительным. Только в одноэтажных зданиях основным является ∆pе. тр . В системах с естественной циркуляцией величина ∆pе является расчётным циркуляционным давлением. 4. При расчёте по методу удельных потерь давления для предварительного выбора диаметров теплопроводов определяют среднее значение удельного падения давления по главному циркуляционному кольцу Rср = (1 − k ) ∆pр Σl , (4.3) где k − коэффициент, учитывающий долю потери давления на местные сопротивления от общей величины расчётного циркуляционного давления ( k = 0,35 − для систем отопления с искусственной циркуляцией, k = 0,5 − для систем отопления с естественной циркуляцией); Σl − общая длина 48 расчётного циркуляционного кольца, м; ∆pр − расчётное циркуляционное давление, Па. 5. Определяют расходы воды на расчётных участках G уч = 3,6Qуч с (t г − t о ) β1β 2 , (4.4) где Qуч − тепловая нагрузка участка, составленная из тепловых нагрузок отопительных приборов, обслуживаемых протекающей по участку водой, Вт; с − теплоёмкость воды, кДж / (кг⋅К); (tг − tо ) − перепад температур воды в системе, °С; β1 − коэффициент учёта дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счёт округления сверх расчётной величины (принимается по таблице [15]); β 2 − коэффициент учёта дополнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных ограждений (принимается по таблице [15]). Ориентируясь на полученное значение Rср и определив количество воды Gуч , кг/ч, можно с помощью расчётной таблицы [11] подобрать оптимальные диаметры труб расчётного кольца. Все данные, получаемые при расчёте теплопровода, заносят в специальную табл. 4.3. При расчёте отдельных участков теплопровода необходимо иметь в виду следующее: местное сопротивление тройников и крестовин относят лишь к расчётным участкам с наименьшим расходом воды; местные сопротивления отопительных приборов, котлов и подогревателей учитывают поровну в каждом примыкающем к ним теплопроводе. Если по произведённому расчёту с учётом запаса до 10% расходуемое давление в системе будет больше или меньше расчётного давления Σpp , то на отдельных участках кольца следует изменить диаметр труб. После расчёта главного циркуляционного кольца рассчитывают параллельные циркуляционные кольца, которые состоят из участков главного кольца (уже рассчитанных) и дополнительных (не общих) участков, ещё не рассчитанных. Проводится «увязка» потерь давления, т.е. получение равенства потерь давления на параллельно соединённых дополнительных участках других колец и не общих участках главного циркуляционного кольца. Согласно СНиП 41-01–2003, невязка потерь давления в циркуляционных кольцах (без учёта потерь давления в общих участках) не должна превышать 5% при попутной и 15% при тупиковой разводке теплопроводов систем водяного отопления в расчёте с постоянными разностями температур в подающей и обратной магистралях. 49 4.3. Результаты гидравлического расчёта теплопроводов системы водяного отопления Сумма коэффициентов местных сопротивлений Σξ 8 9 Rl + Z, Па Потеря давления на трение Rl, Па 7 Z, Па Удельная потеря давления R, Па/м 6 Σξ Скорость движения теплоносителя w, м/с 5 Rl, Па Диаметр d, мм 4 R, Па/м Расход теплоносителя Gуч, кг/ч 3 d, мм Длина участка l, м 2 Суммарные потери давления на участке Rl+Z, Па Тепловая нагрузка Q, Вт 1 Окончательный расчёт Потеря давления в местных сопротивлениях Z, Па № участка Предварительный расчёт w, м/с По схеме трубопроводов 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Для однотрубной системы с замыкающими участками расход в приборах определяется с учётом коэффициента затекания воды в приборы, представляющего собой отношение массы воды, затекающей в прибор, к общей массе воды, проходящей по стояку α= Gпр Gст , где Gпр − масса воды, поступающей в прибор, кг/ч; Gст − масса воды, проходящей по стояку, кг/ч. 50 Пример 4.1. Провести гидравлический расчёт двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и попутным движением воды (рис. 4.3) [11]. Система присоединена к тепловой сети через элеватор. Располагаемое давление в тепловой сети на вводе в здание pэ = 130 000 Па. Температура воды в подающей линии тепловой сети t1 = 150 °С, в обратной − t 2 = 70 °С. Температура воды, поступающей в систему t г = 95 °С, на выходе из системы t о = 70 °С. Тепловые нагрузки, длина расчётных участков и другие данные показаны на рис. 4.3. Порядок расчёта Главное циркуляционное кольцо проходит через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного среднего стояка 3, поскольку система отопления – с попутным движением воды. Расчётное циркуляционное давление ∆pр для главного циркуляционного кольца определяем по формуле (4.1) с учётом формулы (4.2). В данном примере оно равно     pэ ∆pр = ∆pнас + Е  ∆pе. пр + ∆pе. тр  = + Е  ∆pе. пр + ∆pе. тр  . 2   1,4(1 + u )   Коэффициент смешения определяем по формуле u= t1 − t г 150 − 95 = = 2,2 . t г − tо 95 − 70 Подставим численные значения всех величин в выражение для ∆pр , тогда ∆pр = 130 000 1,4 ⋅ (1 + 2,2)2 + 0,4 ⋅ (9,81 ⋅ 2 ⋅15,89 + 125) = 9068,1 + 174,70 = 9243 Па , где Е = 0,4 – коэффициент, соответствующий для двухтрубной системы. Расстояние от центра расчётного прибора до центра элеватора теплового пункта h = 2 м; разность ρо − ρг = 977,81 − 961,92 = 15,89 кг/м3 [11]. Естественное давление ∆pе. тр для главного циркуляционного кольца по диаграмме [11] равно 125 Па. Определяем ориентировочную удельную потерю давления на трение по формуле (4.3) Rср = (1 − k ) ⋅ ∆pр (1 − 0,35) ⋅ 9243 = = 75,6 Па/м , Σl 79,5 где k = 0,35 – предполагаемая доля потерь на трение в общих потерях давления в теплопроводах системы с искусственной циркуляцией. 51 52 Рис. 4.3. Расчётная аксонометрическая схема двухтрубной водяной системы Для расчёта теплопроводов используем таблицы [11]. Количество воды Gуч , кг/ч, протекающей по каждому участку циркуляционного кольца, определяем по формуле (4.4). Результаты расчёта по всем участкам записываем в бланк специальной формы (табл. 4.3, 4.4). По найденным расходам на участках и величине Rср по таблице [11] устанавливают фактические удельные потери давления на трение R, диаметры труб и скорости движения воды w, заносят их значения в графы 7, 5, 6 табл. 4.4. При этом возможны большие расхождения между Rср и R, особенно на расчётных участках с малыми расходами. Заниженные потери на этих участках должны быть компенсированы некоторым завышением потерь давления на других участках. Определяют потери давления на трение по всей длине участка Rl и заносят их величину в графу 8, табл. 4.4. Коэффициенты местного сопротивления на каждом участке определяем по таблице [11], значения Σξ заносим в графу 9, табл. 4.4. Перечень местных сопротивлений по участкам главного циркуляционного кольца приведён в табл. 4.5. По скорости w, используя таблицу [11], определяем значение динамического давления pд и по формуле (4.5) находим потери давления в местных сопротивлениях Z (результат заносим в графу 17, табл. 4.4). Потери давления на преодоление местных сопротивлений, Па, определяют по формуле Z = Σξ w2 ρ, 2 (4.5) где Σξ − сумма коэффициентов местных сопротивлений в данном участке теплопровода (определяется по таблице [11]), величина безразмерная; w2 ρ − динамическое давление воды в данном участке теплопровода, pд, Па. 2 Имея значения Rl и Z, определяем суммарные потери давления на всех участках главного циркуляционного кольца Σ (Rl + Z )г.ц.к. и сравниваем со значением ∆pр . Как видно из табл. 4.4, невязка по предварительному расчёту оказалась недопустимо большой 21,2%, поэтому следует изменить диаметры участков, на которых фактические удельные потери давления на трение намного завышены относительно Rср. Как видно из табл. 4.4, таким является участок 5. Изменив диаметр теплопровода на этом участке на 25 мм, выполняем перерасчёт. В результате запас давления составил 9,7% (табл. 4.4), что допустимо Σ(Rl + Z )г.ц.к. = 0,9∆pр . 53 Тепловая нагрузка Q, Вт 2 2500 8000 9800 № участка 1 1 2 3 Длина участка l, м 5 1 4 3 Расход теплоносителя Gуч, кг/ч Диаметр d, мм 5 Скорость движения теплоносителя w, м/с 6 Удельная потеря давления R, Па/м 7 Потеря давления на трение Rl, Па 8 Сумма коэффициентов местных сопротивлений Σξ 9 Потеря давления в местных сопротивлениях Z, Па 10 Суммарные потери давления на участке Rl + Z, Па 11 12 13 w, м/с 15 0,135 356,4288 20 0,271 290,9623 15 0,417 90,9 70 240 28 350 240 112 1 1 3,25 36,29 86,3 31,2 386,29 326,3 143,2 – – – – – – Главное циркуляционное кольцо (через прибор первого этажа стояка 3) Расчётное циркуляционное давление ∆pр = 9243 Па 4 – – – 14 R, Па/м Окончательный расчёт – – – 15 Rl, Па Предварительный расчёт – – – 16 Σξ По схеме трубопроводов d, мм 4.4. Результаты гидравлического расчёта теплопроводов системы водяного отопления – – – 17 Z, Па 54 – – – 18 R l+ Z, Па 55 2 13 600 26 800 18 400 26 800 13600 9900 8100 2500 1 4 5 6 7 8 9 10 11 4 5,5 7 6 10 0,5 30 6,5 3 5 6 90,92571 15 0,135 294,5993 15 0,436 360,0658 20 0,271 494,6359 20 0,392 974,7237 32 0,267 669,2130 25 0,328 974,7237 32 0,379 494,6359 20 0,392 4 28 260 70 140 36 80 70 140 7 112 1430 490 840 360 40 2100 910 8 11 414,4 182,2 31,2 95,13 36,29 143,2 1525,13 526,29 968,89 1808,89 54,4 142,2 282,44 2382,44 968,89 1108,89 10 Σ(Rl + Z ) = 8947,23 3,25 1 1 13 1,5 2,5 4 13 9 – – – – – – – – 12 – – – – – – – – 13 – – – – – – – – 14 – – – – – – – – 15 – – – – – – – – 16 – – – – – – – – 17 – – – – – – – – 18 Продолжение табл. 4.4 Для участка 1 записываем во 2 и 3 графы табл. 4.4 значение тепловой нагрузки и длину участка из рис. 4.3. Далее делаем предварительный расчёт. Расход теплоносителя для участка 1 находим по формуле (4.4): G уч = 3,6 Qуч с (t г − t о ) β1β 2 = 3,6 ⋅ 2500 ⋅1,04 ⋅1,02 = 90,9 кг/ч, 4,2 ⋅ (95 − 70) где Qуч − тепловая нагрузка участка 1, её берём из рис. 4.3, Вт; с − тепло- ёмкость воды, равная 4,2 кДж / (кг⋅К); (tг − tо ) − перепад температур воды в системе, °С; β1 − коэффициент учёта дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счёт округления сверх расчётной величины (принимается по таблице [15]); β1` = 0,5 (1 + β1 ) = = 0,5(1 + 1,08) = 1,04 ; β 2 − коэффициент учёта дополнительных потерь теплоты отопительными приборами у наружных ограждений (принимается по таблице [15]). Записываем полученные значения расхода в графу 4. По Rср и Gуч из таблиц, приведённых в [11], следует подобрать диаметры труб участков, обеспечивающих заданный расход воды, и занести их в графу 5 табл. 4.4. В графы 6 и 7 из тех же таблиц заносят действительные значения скорости движения воды и удельных потерь на трение на расчётном участке. В графу 8 заносят потери на трение в гладких трубах на расчётном участке. В графу 9 заносят сумму коэффициентов местных сопротивлений, которые подсчитаны в табл. 4.5 с использованием таблицы [11]. Из таблицы, приведённой в [11], по скорости воды w на расчётном участке определяют динамическое давление pд, Па, а затем рассчитывают потери давления в местных сопротивлениях по формуле (4.5), результат заносят в графу 10. Для участка 1 w = 0,135 м/с по таблице из [11] находим динамическое давление pд = 9,61 Па, далее рассчитываем потери давления в местных сопротивлениях по формуле (4.5): w2 ρ = 3,25 ⋅ 9,61 = 31,2 Па. 2 Суммируя величины графы 8, находим потери на трение в трубах расчётного кольца ΣRl , Па, суммируя значения графы 10 – потери давления в местных сопротивлениях того же кольца ΣZ , Па. Общие потери давления в расчётном кольце будут равны сумме Σ(Rl + Z ) и запишем найденные значения в графу 11. Проверяем запас давления в процентах: ∆pр − Σ (Rl + Z ) 9243 − 8947,23 ∆ зап = ⋅100% = ⋅100% = 3,2%, ∆p р 9243 что допустимо. Z = Σξ 56 4.5. Коэффициенты местных сопротивлений на участках главного циркуляционного кольца (через стояк 3) Предварительный расчёт d, № участка мм Окончательный расчёт местные сопротивления коэффициент местных сопротивлений d, мм коэффициент местных сопротивлений 3 4 5 6 – – 1 2 1 15 ½ отопительного прибора РСВ1 0,25 Отвод под 90° 1,5 Тройник на ответвлении 1,5 Σξ = 3,25 2 15 Тройник проходной 1 – – 3 20 Тройник проходной 1 – – 4 20 Отвод под 90° – – 25 4 – – – – 1,5 Вентиль 10 Тройник на ответвлении 1,5 Σξ = 13 5 32 4 отвода под 90° 6 25 Тройник на ответвлении Внезапное расширение 1⋅ 4 = 4 1,5 1 Σξ = 2,5 7 32 Отвод под 90° Внезапное сужение 1 0,5 Σξ = 1,5 57 Продолжение табл. 4.5 1 2 3 4 8 20 Тройник на ответвлении 1,5 Вентиль 10 Отвод под 90° 1,5 1 Σξ = 13 Σξ = 11,5 6 1,5 25 9 9 20 Тройник проходной 1 – – 10 15 Тройник проходной 1 – – 11 15 Тройник на ответвлении – – 1,5 Отвод под 90° 1,5 ½ отопительного прибора РСВ1 0,25 Σξ = 3,25 58 5 ВЕНТИЛЯЦИЯ 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 1.1. Рабочая зона - пространство, ограниченное по высоте 2 м над уровнем пола или площадки, на которых находятся места постоянного или непостоянного (временного) пребывания работающих. 1.2. Рабочее место - место постоянного или временного пребывания работающих в процессе трудовой деятельности. 1.3. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны - это концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч или при другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. 1.4. Вредное вещество - вещество, которое при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности может вызывать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. 1.5. Явное тепло – тепло, поступающее в рабочее помещение от оборудования, отопительных приборов, нагретых материалов, людей и других источников тепла в результате инсоляции и воздействующее на температуру воздуха в этом помещении. 1.6. Избытки явного тепла – остаточные количества явного тепла (за вычетом теплопотерь), поступающие в помещение при расчетных параметрах наружного воздуха после осуществления всех технологических, строительных, объемно-планировочных, санитарно-технических мероприятий по их уменьшению, а также по теплоизоляции и герметизации оборудования, установок и теплопроводов, устройству местных отсосов нагретого воздуха и т.п. 2. КРАТКАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Вентиляцией называется организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного воздуха и подачу на его место свежего. Назначением вентиляционных устройств является обеспечение чистоты воздуха в рабочей зоне (т.е. содержания вредных веществ должно быть не выше ПДК) и оптимальных или допустимых параметров микроклимата. Вентиляционные системы классифицируются по следующим трем признакам: - по способу перемещения воздуха вентиляция бывает с естественным и с механическим побуждением; - по месту действия вентиляция бывает общеобменной и местной; - по способу подачи и удаления воздуха различают четыре схемы общеобменной вентиляции: приточная, вытяжная, приточно-вытяжная и системы с рециркуляцией. В производственных помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух рабочей зоны большого количества вредных веществ, наряду с рабочей вентиляцией предусматривается устройство аварийной вентиляции. На производстве часто устраивают комбинированные системы вентиляции (общеобменную вентиляцию с местной, общеобменную с аварийной и т.п.). Выбор системы вентиляции осуществляется в каждом конкретном случае в зависимости от назначения помещения, характера присутствующих в нем вредностей, схемы движения воздушных потоков внутри здания и других факторов. Механической называется вентиляция, при помощи которой воздух подается в производственные помещения или удаляется из них по системам вентиляционных каналов с использованием для этих целей специальных механических побудителей. Механическая вентиляция по сравнению с естественной имеет ряд преимуществ (возможностей): - большой радиус действия, вследствие значительного давления, создаваемого вентилятором; - изменение или сохранение необходимого воздухообмена независимо от температуры наружного воздуха и скорости ветра; - предварительная очистка, осушка или увлажнение, подогрев или охлаждение вводимого в помещение воздуха; - оптимальное распределение воздуха с подачей его непосредственно к рабочим местам; - улавливание вредных выделений непосредственно в местах их образования и предотвращение их распространения по всему объему помещения, а также очистка загрязненного воздуха перед выбросом его в атмосферу. К недостаткам механической вентиляции следует отнести значительную стоимость сооружений и эксплуатации и необходимость проведения мероприятий по борьбе с шумом. Необходимый воздухообмен для общеобменной вентиляции может быть определен различными методами в зависимости от назначения помещения и вида вредных выделений в соответствии со СНиП 41-01-2003: - по избыткам явной теплоты L  LW ,Z  3,6Q  c  LW ,Z (tW ,Z  tin ) ; c  (tl  tin ) ( 1) - по массе выделяющихся вредных веществ L  LW ,Z  m po  LW ,Z (qW ,Z  qin ) (ql  qin ) - по избыткам влаги L  LW ,Z  ; (2) W  1,2(dW ,Z  d in ) 1,2  (d l  d in ) ; (3) - по избыткам полной теплоты L  LW ,Z  3,6Qh, f  1,2  LW ,Z ( IW ,Z  I in ) 1,2( I l  I in ) ; (4) - по нормируемой кратности воздухообмена L  Vp  n ; - по нормируемому удельному расходу приточного воздуха L  А k ; L  N  m, (5) (6) Lw,z - Q, Qh,f - (7) расход воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов и на технологические нужды, м3/ч; избыточный явный и полный тепловой потоки в помещении, Вт; c - теплоемкость воздуха, равная 1,2 кДж/(м3 . оС); г где tw,z - tl - tin - W dw,,z - dl - din Iw,,z - Il - Iin mpo - - температура воздуха, удаляемого системами местных отсосов, в обслуживаемой или рабочей зоне помещения и на технологические нужды, о С; температура воздуха, удаляемого из помещения за пределами обслуживаемой или рабочей зоны, оС; температура воздуха, подаваемого в помещение, оС; избытки влаги в помещении, г/ч; влагосодержание воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов и на технологические нужды, г/кг; влагосодержание воздуха, удаляемого из помещения за пределами обслуживаемой или рабочей зоны, г/кг; влагосодержание воздуха, подаваемого в помещение, г/кг; удельная энтальпия воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов и на технологические нужды, кДж/кг; удельная энтальпия воздуха, удаляемого из помещения за пределы обслуживаемой или рабочей зоны, кДж/кг; удельная энтальпия воздуха, подаваемого в помещение, кДж/кг; расход каждого из вредных или взрывоопасных веществ, поступающих в воздух помещения, мг/ч; концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, qw,,z, qi удаляемого соответственно из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов и на технологические нужды, мг/м3; концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, qin подаваемого в помещение, мг/м3; объем помещения, м3; Vp площадь помещения, м2; A число людей, рабочих мест, единиц оборудования; N нормируемая кратность воздухообмена, ч -1; n нормируемый расход приточного воздуха на 1 м2 пола k помещения, м3/(ч. м2); нормируемый удельный расход приточного воздуха на 1 m человека, на 1 рабочее место или единицу обору-дования, м3/ч. Минимальный расход наружного воздуха на 1 человека, м3/ч - Назначение помещения Производственные Кабинеты и офисы общественных и административных помещений Жилые квартиры общей площадью на 1 чел.: более 20 м2 менее 20 м2 Помещение С естественным проветриванием Без естественного проветривания 30 60 40 60 30 3 м3/ч на 1 м2 жилой площади 60 Расчет воздухообмена проводится по тем вредным факторам, для компенсации которых он предназначен. В случае одновременного присутствия нескольких вредных факторов расчет проводится по каждому из них. В качестве необходимой производительности системы вентиляции выбирается большее значение из полученных значений. При одновременном выделении в воздух нескольких вредных веществ, не обладающих однонаправленным действием, рассчитывается количество воздуха для каждого вещества и необходимый воздухообмен принимается по тому вредному веществу, для которого требуется подача чистого воздуха в наибольшем количестве. При одновременном выделении нескольких вредных веществ однонаправленного действия расчет общеобменной вентиляции выполняют путем суммирования количеств объемов воздуха, необходимого для разбавления каждого вещества до его предельно допустимой концентрации при совместном действии вредных веществ. 3. ЦЕЛЬ И ПОРЯДОК РАСЧЕТА МЕХАНИЧЕСКОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ 3.1. Цель расчета механической вентиляции состоит в следующем: - определение количества воздуха, подаваемого в помещение для обеспечения требуемых условий воздушной среды; - определение потерь давления в воздухе вентиляционной системы; - подбор вентилятора, способного осуществить необходимый воздухообмен. 3.2. Порядок расчета механической вентиляции 3.2.1. Исходные данные для расчета Для расчета механической вентиляции необходимы следующие сведения: 3.2.1.1. Объем производственного помещения и количество работающих в нем. 3.2.1.2. Наличие в помещении вредных производственных факторов и их количественная оценка. В случае расчета по избыткам явного тепла должно быть известно: - нормируемая температура в рабочей или обслуживаемой зоне; - температура воздуха, удаляемого из помещения за пределами рабочей или обслуживаемой зоны; - температура воздуха, подаваемого в помещение. В случае расчета по количеству выделяющихся вредных веществ должно быть известно: - ПДК вредных веществ в рабочей зоне помещения; - концентрация вредных веществ в воздухе, удаляемом из помещения за пределами рабочей или обслуживаемой зоны; - концентрация вредных веществ в воздухе, подаваемом в помещение. 3.2.1.3. Рекомендуемая скорость движения воздуха в воздухопроводе вентиляционной системы. 3.2.1.4. Нормативные значения воздуховодов. 3.2.1.5. Расчетная схема вентиляционной системы. Значения длин прямолинейных участков и коэффициентов местных сопротивлений. 3.2.1.6 Удельные потери давления на прямолинейных участках воздуховодов в зависимости от его диаметра и скорости движения воздуха. 3.2.1.7. Плотность воздуха. 3.2.1.8. Характеристики вентиляторов, выпускаемых промышленностью. 3.2.1.9. Характеристики электродвигателей. 3.2.2. Расчет воздухообмена Расчет потребного количества воздуха, подаваемого в помещение, в данных практических занятиях проводится по одному из следующих факторов: по избыткам явного тепла либо по количеству выделяющихся вредных веществ. В случае расчета по избыткам явного тепла при отсутствии местных отсосов используется формула LQ  Qиз c  (tвн  t н )   , (8) где Qиз – избыточное количество тепла, поступающего в помещение, кДж/ч; С – средняя удельная теплоемкость воздуха, кДж/кг. 0К (С=1 кДж/кг. 0К); tвн - температура воздуха, удаляемого из помещения, 0С (в расчете принимается равной нормируемой); tн - температура наружного воздуха, поступающего в помещение, 0С; ρ - плотность наружного воздуха, кг/м3 (в расчете принимаем 1,2 кг/м3). В случае расчета по количеству выделяющихся вредных веществ при отсутствии местных отсосов используется формула LВ  mпв (qвн  qн ) , (9) где mпв – количество вредного веществ, поступающего в помещение, мг/ч; qвн – концентрация вредного вещества в помещении, равная ПДК данного вещества, мг/м3; qн – концентрация вредного вещества в приточном воздухе, мг/м3 (можно принять qн = 0,3 ПДК). 3.2.3. Выбор рекомендуемой скорости движения воздуха в воздухопроводе вентиляционной системы Рекомендуемая скорость движения воздуха для данного расчета принимается равной 6 м/с на всех участках воздуховода вентиляционной системы. 3.2.4. Определение площади поперечного сечения воздухопроводов и фактической скорости движения воздуха в нем Площадь поперечного сечения воздухопровода определяется в зависимости от расчетного расхода воздуха на участке и рекомендуемой скорости движения воздуха по формуле S где р  L V 3 p , м2, (10) p Lp – расчетный расход воздуха на участке, м /с; Vp – рекомендуемая скорость движения воздуха на участке, м/с. По величине Sp подбирается стандартные размеры воздуховода близкие по значению к расчетным размерам. Для воздуховодов круглого сечения стандартом установлены следующие диаметры: 100, 110, 125, 160, 200, 250, 280, 315, 400, 500, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600 мм. По выбранному стандартному размеру воздуховода вычисляем фактическую L скорость движения воздуха V  p . (11) S ф p 3.2.5. Расчет потерь давления воздуха в вентиляционной системе Схема вентиляционной системы, принимаемая для данного расчета, представлена на рис.1. Общие потери давления, Па, в сети воздуховодов определяются по формуле p  R  l  z  , (12) где R – потери давления на трение на расчетном участке сети (Па) на 1 м; l - длина участка воздуховода, м; z - потери давления на местные сопротивления на расчетном участке сети, Па. Потери давления на трение R, Па, на 1м в круглых воздуховодах определяют по формуле R где   V 2 d  2 , (13) λ –коэффициент сопротивления трения; d – диаметр воздуховода, м; V – скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с; ρ – плотность воздуха, перемещаемого по воздуховоду, кг/м3 равная 1,2 кг/м3; ρV2/2 – скоростное (динамическое) давление, Па. Коэффициент сопротивление рассчитывается по формуле Альтшуля 0,25  Кэ  68   , (14)   0,11 d  Re    где КЭ – абсолютная шероховатость поверхности воздуховода из листовой стали К Э = 0,1 мм; d – диаметр воздуховода, мм; Re – число Рейнольдса. Число Рейнольдса - это безразмерная характеристика потока жидкости, определенная отношением динамического давления (ρv2) и касательного напряжения (μv / L), и которая может быть выражена следующим образом: Re = (ρ . v . L)/μ, (15) где Re - Число Рейнольдса (безразмерное); ρ - плотность воздуха ,кг/м3, v – скорость, м/с; μ - динамическая вязкость воздуха, Н*с/м2, L - характеристический размер, м, в данном случае равный диаметру воздуховода. Потери давления на трение на 1м R для круглых воздуховодов также можно определить по табл. 3.3. Для воздуховодов, выполненных из других материалов с абсолютной эквивалентной шероховатостью Кэ ≥ 0,1 мм (табл. 3.1) значение R принимается с поправочным коэффициентом n на потери давления на трение, приведенным в табл.3.2. Таблица 3.1 Абсолютная эквивалентная шероховатость материалов, применяемых для изготовления воздуховодов Материал КЭ, мм Материал КЭ, мм Листовая сталь 0,1 Шлакоалебастровые плиты 1 Винипласт 0,1 Шлакобетонные плиты 1,5 Асбестоцементные плиты или 0,11 Кирпич 4 трубы Фанера 0,12 Штукатурка (по мет. сетке) 10 Таблица 3.2 Поправочные коэффициенты n на потери давления на трение, учитывающие шероховатость материала воздуховодов V, м/с n при КЭ, мм 1 1,5 4 10 4,0 1,37 1,49 1,86 2,32 4,2 1,38 1,5 1,87 2,34 4,6 1,4 1,52 1,9 2,37 4,8 1,4 1,53 1,92 2,39 5,0 1,41 1,54 1,93 2,41 5,2 1,42 1,55 1,94 2,42 5,4 1,43 1,56 1,95 2,44 5,6 1,43 1,56 1,96 2,45 5,8 1,44 1,57 1,97 2,46 6,0 1,44 1,58 1,98 2,48 6,2 1,45 1,58 1,99 2,49 6,4 1,45 1,59 2,0 2,5 6,6 1,46 1,6 2,01 2,51 6,8 1,47 1,6 2,02 2,52 7,0 1,47 1,61 2,03 2,54 Потери давления z, Па, на местные сопротивления определяются по формуле z     v2 2 , (16) где Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке воздуховода. Значения коэффициентов местных сопротивлений некоторых деталей приточных и вытяжных систем приведены в табл. 3.4. Таблица 3.3 Значения потерь давления на 1 м воздуховода R, Па/м Диаметр Скорость, м/с воздухо4,0 4,5 5,0 5,25 5,5 5,75 6,0 6,25 6,5 7,0 вода d, мм 1 200 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 1250 2 1,029 0,813 0,706 0,617 0,529 0,461 0,392 0,343 0,294 0,265 0,225 0,196 0,167 0,147 0,137 0,118 3 1,323 1,029 0,902 0,755 0,657 0,568 0,490 0,431 0,372 0,333 0,274 0,245 0,216 0,186 0,157 0,147 4 1,666 1,274 1,078 0,931 0,804 0,686 0,608 0,519 0,461 0,402 0,343 0,294 0,255 0,225 0,196 0,176 5 1,789 1,372 1,176 1,054 0,882 0,755 0,657 0,573 0,500 0,446 0,378 0,324 0,279 0,245 0,216 0,191 6 1,911 1,470 1,274 1,176 0,960 0,823 0,706 0,627 0,539 0,490 0,412 0,353 0,304 0,265 0,235 0,206 7 2,083 1,568 1,397 1,824 1,044 0,892 0,765 0,671 0,588 0,525 0,441 0,383 0,334 0,290 0,254 0,226 8 2,254 1,666 1,519 1,303 1,127 0,960 0,823 0,715 0,637 0,559 0,470 0,412 0,363 0,314 0,274 0,245 9 2,401 1,813 1,617 1,387 1,201 1,029 0,892 0,774 0,676 0,598 0,505 0,446 0,388 0,339 0,293 0,260 10 2,548 1,960 1,715 1,470 1,274 1,098 0,960 0,833 0,715 0,637 0,539 0,480 0,412 0,363 0,312 0,274 11 2,940 2,274 1,960 1,725 1,509 1,274 1,117 0,970 0,853 0,735 0,637 0,539 0,470 0,421 0,372 0,333 Таблица 3.4 Коэффициенты местных сопротивлений Наименование Коэффициент местного сопротивления ξ Колено под 900 1,1 Колено с направляющими металлическими лопатками 0,4 – 900 Жалюзийная решетка 1,7 Жалюзийно-декоративная решетка 2,19 Зонт с рассекателем 1,5 Зонт обычный 1,3 Насадка с поворотом 1,0 Дроссель- клапан 0,05 Дисковая насадка 2,5 Тройник 0,5 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10