Тепловые нагрузки: Расчет тепловой нагрузки на отопление, расчет теплопотерь дома

Содержание

Расчет и определение тепловой нагрузки на отопление: методики расчета, вывод

Тепловая нагрузка подразумевает под собой количество тепловой энергии, необходимое для поддержания комфортной температуры в доме, квартире или отдельной комнате. Под максимальной часовой нагрузкой на отопление подразумевается количество тепла, необходимое для поддержания нормированных показателей в течение часа в самых неблагоприятных условиях.

Факторы, влияющие на тепловую нагрузку

Материал и толщина стен. К примеру, стена из кирпича в 25 сантиметров и стена из газобетона в 15 сантиметров способны пропустить разное количество тепла.
Материал и структура крыши. Например, теплопотери плоской крыши из железобетонных плит значительно отличаются от теплопотерь утепленного чердака.
Вентиляция. Потеря тепловой энергии с отработанным воздухом зависит от производительности вентиляционной системы, наличия или отсутствия системы рекуперации тепла.
Площадь остекления. Окна теряют больше тепловой энергии по сравнению со сплошными стенами.
Уровень инсоляции в разных регионах. Определяется степенью поглощения солнечного тепла наружными покрытиями и ориентацией плоскостей зданий по отношению к сторонам света.
Разность температур между улицей и помещением. Определяется тепловым потоком через ограждающие конструкции при условии постоянного сопротивления теплопередаче.

Распределение тепловой нагрузки

При водяном отоплении максимальная тепловая мощность котла должна равняться сумме тепловой мощности всех устройств отопления в доме. На распределение устройств отопления влияют следующие факторы:

Площадь помещения и высота потолка;
Расположение внутри дома. Угловыми и торцевыми помещениями теряется больше тепла, чем помещениями, расположенными в середине здания;
Удаленность от источника тепла;
Желаемая температура в комнатах.

СНиП рекомендует следующие значения:

Жилые комнаты в середине дома – 20 градусов;
Угловые и торцевые жилые комнаты – 22 градуса. При этом за счет более высокой температуры не промерзают стены;
Кухня – 18 градусов, поскольку в ней имеются собственные источники тепла – газовые или электрические плиты и пр.
Ванная комната – 25 градусов.

При воздушном отоплении тепловой поток, который поступает в отдельное помещение, зависит от пропускной способности воздушного рукава. Зачастую простейшим способом его регулировки является подстройка положения решеток вентиляции с контролем температуры вручную.

При системе отопления, где применяется распределительный источник тепла (конвектора, теплые полы, электрообогреватели и т.д.), необходимый режим температуры устанавливается на термостате.

Методики расчета

Для определения тепловой нагрузки существует несколько способов, обладающие различной сложностью расчета и достоверностью полученных результатов. Далее представлены три наиболее простые методики расчета тепловой нагрузки.

Метод №1

Согласно действующему СНиП, существует простой метод расчета тепловой нагрузки. На 10 квадратных метров берут 1 киловатт тепловой мощности. Затем полученные данные умножаются на региональный коэффициент:

Южные регионы имеют коэффициент 0,7-0,9;
Для умеренно-холодного климата (Московская и Ленинградская области) коэффициент равен 1,2-1,3;
Дальний Восток и районы Крайнего Севера: для Новосибирска от 1,5; для Оймякона до 2,0.

Расчет на примере:

Площадь здания (10*10) равна 100 квадратных метров.
Базовый показатель тепловой нагрузки 100/10=10 киловатт.
Это значение умножается на региональный коэффициент, равный 1,3, в итоге получается 13 кВт тепловой мощности, которые требуются для поддержания комфортной температуры в доме.

Обратите внимание! Если использовать эту методику для определения тепловой нагрузки, то необходимо еще учесть запас мощности в 20 процентов, чтобы компенсировать погрешности и экстремальные холода.

Метод №2

Первый способ определения тепловой нагрузки имеет много погрешностей:

Разные строения имеют разную высоту потолков. Учитывая то, что обогревается не площадь, а объем, этот параметр очень важен.
Через двери и окна проходит больше тепла, чем через стены.
Нельзя сравнивать городскую квартиру с частным домом, где снизу, сверху и за стенами не квартиры, а улица.

Корректировка метода:

Базовый показатель тепловой нагрузки равняется 40 ватт на 1 кубический метр объема помещения.
Каждая дверь, ведущая на улицу, добавляет к базовому показателю тепловой нагрузки 200 ватт, каждое окно – 100 ватт.
Угловые и торцевые квартиры многоквартирного дома имеют коэффициент 1,2-1,3, на который влияет толщина и материал стен. Частный дом обладает коэффициентом 1,5.
Региональные коэффициенты равны: для Центральных областей и Европейской части России – 0,1-0,15; для Северных регионов – 0,15-0,2; для Южных регионов – 0,07-0,09 кВт/кв.м.

Расчет на примере:

Объем здания 300 квадратных метров (10*10*3=300).
Базовый показатель тепловой нагрузки 12000 ватт (300*40).
С учетом восьми окон и двух дверей тепловая мощность равна 13200 ватт (12000+(8*100)+(2*200)).
Для частного дома тепловая нагрузка умножается на региональный коэффициент и получается 19800 ватт (13200*1,5).
19800*1,3=25740 ватт (с учетом регионального коэффициента для Северных регионов). Следовательно, для обогрева потребуется 28-киловаттный котел.

Метод №3

Не стоит обольщаться – второй способ расчета тепловой нагрузки также весьма несовершенен. В нем весьма условно учтено тепловое сопротивление потолка и стен; разность температур между наружным воздухом и воздухом внутри.

Стоит отметить, чтобы поддерживать внутри дома постоянную температуру необходимо такое количество тепловой энергии, которое будет равняться всем потерям через вентиляционную систему и ограждающие устройства. Однако, и в этом методе расчеты упрощены, так как невозможно систематизировать и измерить все факторы.

На теплопотери влияет материал стен – 20-30 процентов потери тепла. Через вентиляцию уходит 30-40 процентов, через крышу – 10-25 процентов, через окна – 15-25 процентов, через пол на грунте – 3-6 процентов.

Чтобы упростить расчеты тепловой нагрузки, подсчитываются тепловые потери через ограждающие устройства, а затем это значение просто умножается на 1,4. Дельта температур измеряется легко, но взять данные про термическое сопротивление можно только в справочниках. Ниже приведены некоторые популярные значения термического сопротивления:

Термическое сопротивление стены в три кирпича равно 0,592 м2*С/Вт.
Стены в 2,5 кирпича составляет 0, 502.
Стены в 2 кирпича равно 0,405.
Стены в один кирпич (толщина 25 см) равно 0,187.
Бревенчатого сруба, где диаметр бревна 25 см – 0,550.
Бревенчатого сруба, где диаметр бревна 20 сантиметров – 0,440.
Сруба, где толщина сруба 20 см – 0,806.
Сруба, где толщина 10 см – 0,353.
Каркасной стены, толщина которой 20 см, утепленной минеральной ватой – 0,703.
Стены из газобетона, толщина которой 20 см – 0,476.
Стены из газобетона, толщина которой 30 см – 0,709.
Штукатурки, толщина которой 3 см – 0,035.
Потолочного или чердачного перекрытия – 1,43.
Деревянного пола – 1,85.
Двойной деревянной двери – 0,21.

Расчет по примеру:

Дельта температур в период пика морозов равна 50 градусов: внутри дома плюс 20 градусов, снаружи – минус 30 градусов.
Потери тепла через один метр квадратный 50/1,85 (показатель термического сопротивления пола из дерева) равно приблизительно 27 ватт. Весь пол будет иметь 27*100=2700 ватт.
Теплопотери через потолок составляют (50/1,43)*100 и равно приблизительно 3500 ватт.
Площадь стен (10*3)*4 и равна 120 квадратных метров. К примеру, стены изготовлены из бруса с толщиной 20 см, термическое сопротивление = 0,806. Следовательно, теплопотери составят (50/0,806)*120=7444 ватта.
Все полученные значения потерь тепла складываются, и получается значение 13644 ватт. Именно такое количество тепла будет терять дом через стены, пол и потолок.
Далее полученное значение умножается на коэффициент 1,4 (потери на вентиляционную систему) и получается 19101 ватт. Следовательно, для отопления такого дома понадобится 20-киловаттный котел.

Вывод

Как видно из расчетов, способы определения тепловой нагрузки обладают существенными погрешностями. К счастью, избыточный показатель мощности котла не навредит:

Работа газового котла на уменьшенной мощности осуществляется без падения коэффициента полезного действия, а работа конденсационных устройств при неполной нагрузке осуществляется в экономичном режиме.
То же относится и к соляровым котлам.
Показатель коэффициента полезного действия электрического нагревательного оборудования равен 100 процентам.

Обратите внимание! Работа твердотопливных котлов на мощности меньше номинального значения мощности противопоказана.

Расчет тепловой нагрузки на отопление является важным фактором, вычисления которого обязательно необходимо выполнять перед началом создания системы отопления. В случае подхода к процессу с умом и грамотного выполнения всех работ гарантируется безотказная работа отопления, а также существенно экономятся деньги на лишних затратах.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Энергетическое образование

1. Классификация тепловой нагрузки

Россия – страна с суровыми климатическими условиями. Отопительный период в большинстве регионов длится более 200 суток при средней температуре ниже –5 °C. В таких условиях поддерживать в зданиях параметры микроклимата, приемлемые для нормальной жизнедеятельности человека, не просто. Для целей теплоснабжения зданий приходится сжигать более 30 % всего добываемого в стране топлива, что составляет около 600 млн тонн условного топлива. Его рациональному использованию способствуют системы централизованного теплоснабжения, широко распространенные в крупных городах России, где сосредоточена основная часть населения.

Система централизованного теплоснабжения состоит из источника тепловой энергии, трубопроводных тепловых сетей и пунктов трансформации тепловой энергии и ее распределения между потребителями.

В большинстве случаев теплоснабжение – это создание комфортной среды в помещении – дома, на работе или в общественном месте. Теплоснабжение включает в себя также подогрев водопроводной воды и воды в плавательных бассейнах, обогрев теплиц и т.д. С учетом некоторых различий, применение в сфере теплоснабжения часто подразделяется на индивидуальное и централизованное.

Источниками тепловой энергии в системах централизованного теплоснабжения являются, как правило, теплоэлектростанции (ТЭЦ), а также районные котельные. Системы централизованного теплоснабжения, кроме разновидностей и особенностей источников тепловой энергии, различаются по виду теплоносителя, способу присоединения внутренних систем горячего водоснабжения (далее ГВС) и количеству труб для транспортировки теплоносителя.

Основным видом теплоносителя в системах централизованного теплоснабжения служит горячая вода. Пар в качестве теплоносителя практически не используется. Он иногда применяется в системах теплоснабжения промышленных предприятий, где одновременно подается для технологических нужд.

В зависимости от способа присоединения к тепловым сетям систем ГВС централизованное теплоснабжение может быть реализовано по закрытой схеме (водопроводная вода нагревается в подогревателях теплоносителем системы теплоснабжения) или по открытой (вода для целей ГВС поступает непосредственно из тепловых сетей). Из возможного многообразия водяных тепловых сетей (одно-, двух-, трех- и многотрубные) наибольшее распространение получили двухтрубные. К ним для каждого из видов потребителей (системы отопления, ГВС, вентиляции и кондиционирования воздуха) можно отнести и многотрубные, прокладываемые от применяемых в ряде городов центральных тепловых пунктов (ЦТП) к отдельным зданиям.

Система централизованного теплоснабжения.

Одним из главных элементов системы централизованного теплоснабжения является тепловой пункт, в котором осуществляется связь между тепловыми сетями и потребителями тепловой энергии.

Использование нагретой воды для отопления помещений – дело совершенно обычное. При этом применяются самые различные методы переноса энергии воды для создания комфортной среды в помещении. Один из самых распространенных – использование радиаторов отопления.

Альтернативой радиаторам отопления служит подогрев пола, когда отопительные контуры расположены под полом. Контур подогрева пола обычно подключен к контуру радиатора отопления.

Вентиляция – фанкойл, подающий горячий воздух в помещение, обычно используется в общественных зданиях. Часто применяют комбинацию отопительных устройств, например, радиаторов отопления и подогрева пола или радиаторов отопления и вентиляции.

Виды тепловых нагрузок здания.

Горячая водопроводная вода стала частью повседневной жизни и ежедневных потребностей. Поэтому ваша установка должна быть надежной, гигиеничной и экономичной.

В некоторых зданиях существует возможность объединения воедино нескольких систем теплоснабжения различного назначения для использования энергии, образующейся при снижении температуры в каждой последующей системе. Сюда могут входить отопление, вентиляция, горячее водоснабжение, подогрев пола и подогрев воды в плавательном бассейне. Тепло может вырабатываться бойлером или тепловым насосом (геотермальное отопление), а затем подаваться через цепочку теплообменников в различные системы теплоснабжения. В радиаторную систему отопления тепло поступает непосредственно из бойлера при температуре 75 °С. Пластинчатый теплообменник передает тепло от бойлера в систему вентиляции при температуре 70 °С. Тепло для подогрева водопроводной воды приходит в третий пластинчатый теплообменник при температуре 65°С. Этот пластинчатый теплообменник также передает тепло в систему подогрева пола при температуре 30 °С. Четвертый теплообменник использует оставшееся тепло для подогрева воды в плавательном бассейне.

Распределение температур по видам тепловой нагрузки.

В системах централизованного теплоснабжения (СЦТ) по тепловым сетям подается теплота различным тепловым потребителям. Несмотря на значительное разнообразие тепловой нагрузки, ее можно разбитьна две группы по характеру протеканияво времени: сезонная и круглогодовая.

Изменения сезонной нагрузки зависят главным образом от климатических условий: температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра, солнечного излучения, влажности воздуха и т.п. Основную роль играет наружная температура. Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой график нагрузки. К сезонной тепловой нагрузке относятся отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха. Ни один из указанных видов нагрузки не имеет круглогодового характера. Отопление и вентиляция являются зимними тепловыми нагрузками. Для кондиционирования воздуха в летний период требуется искусственный холод. Если этот искусственный холод вырабатывается абсорбционным или эжекционным методом, то ТЭЦ получает дополнительную летнюю тепловую нагрузку, что способствует повышению эффективности теплофикации.

К круглогодовой нагрузке относятся технологическая нагрузка и горячее водоснабжение. График технологической нагрузки зависит от профиля производственных предприятий и режима их работы, а график нагрузки горячего водоснабжения – от благоустройства жилых и общественных зданий, состава населения и распорядка его рабочего дня, а также от режима работы коммунальных предприятий — бань, прачечных. Эти нагрузки имеют переменный суточный график. Годовые графики технологической нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения также в определенной мере зависят от времени года. Как правило, летние нагрузки ниже зимних вследствие более высокой температуры перерабатываемого сырья и водопроводной воды, а также благодаря меньшим теплопотерям теплопроводов и производственных трубопроводов.

Одна из первоочередных задач при проектировании и разработке режима эксплуатации систем централизованного теплоснабжения заключается в определении значений и характера тепловых нагрузок.

Расчет тепловой нагрузки отопления здания. Определяем потери

Отопительная система является многокомпонентной схемой, предназначенной для обеспечения требуемых температурных показателей в зданиях. Грамотный расчёт показателей тепловой нагрузки обогрева позволяет минимизировать затраты на оплату энергоносителей и сделать пребывание в здании комфортным вне зависимости от времени года.

Определение тепловой нагрузки

Само определение «Тепловая нагрузка» характеризует получение определённого количества теплоэнергии за одну единицу времени в конкретных условиях. В отопительный сезон такой показатель должен изменяться согласно установленному температурному графику теплоснабжения. Он отражает общий объём теплоэнергии, расходуемой всей отопительной конструкцией на прогрев строений до нормативного температурного уровня в самый холодный период.

Профессиональный расчёт показателя нагрузки необходим в следующих случаях:

отсутствие приборов учёта;
сокращение расчётной нагрузки;
снижение расходов на обогрев здания;
проектирование индивидуальной системы обогрева;
изменение состава потребляющего энергию оборудования;
подтверждение лимита для потребляемой тепловой энергии;
выявление причин потери тепловой эффективности и перерасхода;
оптимальное распределение субабонентов, использующих в работе тепло;
подсоединение к схеме отопления построек и сооружений, потребляющих тепло;
уточнение тепловых нагрузок и заключение договора со снабжающими организациями.

При определении максимальной почасовой нагрузки на отопление учитывается количество тепла, используемого с целью сохранения нормированных показателей на протяжении одного часа при максимально неблагоприятных внешних воздействиях.

Как рассчитать нагрузку?

Показатель тепловой нагрузки определяется несколькими наиболее важными факторами, поэтому при выполнении расчётных мероприятий в обязательном порядке требуется учитывать:

общую площадь остекления и количество дверей;
разницу температурных режимов за пределами и внутри строения;
уровень производительности, режим эксплуатации системы вентиляции;
толщину конструкций и материалы, задействованные в возведении строения;
свойства кровельного материала и основные конструктивные особенности крыши;
величину инсоляции и степень поглощения солнечного тепла внешними поверхностями.

Практикуется применение нескольких способов вычисления тепловой нагрузки, которые заметно различаются не только степенью сложности, но и точностью полученных расчётных результатов. Важно предварительно собрать необходимые для проектирования и расчётных мероприятий сведения, касающиеся схемы установки радиаторов и места вывода ГВС, а также поэтажный план и экспликацию сооружения.

Формулы расчёта

Исходя из общих потребностей здания в тепловой энергии и технических характеристик постройки, с целью определения оптимального количества теплоты за единицу времени могут использоваться разные стандартные формулы.

При отсутствии приборов учёта: Q = V × (Т_х - Т_y) / 1000

Обозначение	Параметр
V	Объём теплового носителя в отопительной системе
Т_х	Показатели температурного режима нагретого теплоносителя (60-65^оС)
Т_y	Исходная температура не нагретого теплового носителя
1000	Стандартный поправочный числовой множитель

Схема отопления с замкнутым типом контура:

Qот = α × qо × V × (Тв - Тн.р) × (1 + Kн.р) × 0,000001

Обозначение	Параметр
α	Корректирующий погодные характеристики числовой множитель при уличном температурном режиме, отличном от минус 30^оС
V	Показатели объёма строения в соответствии с наружными замерами
qо	Отопительный удельный показатель при температурном режиме -30^оС
tв	Расчётные показатели внутреннего температурного режима в строении
tн.р	Расчётный режим наружного температурного режима для проектирования отопительной системы
Kн.р	Поправочный числовой множитель в виде соотношения теплопотерь с инфильтрацией и тепловой передачей посредством внешних конструктивных элементов

Применение поправочного числового множителя

При выполнении расчётов тепловой нагрузки обязательно учитывается поправочный числовой множитель, при помощи которого определяется отличие расчётного температурного режима наружного воздуха для проектов отопительных систем. В таблице представлены поправочные числовые множители для различных климатических зон, расположенных на территории Российской Федерации.

-35^оС	-36^оС	-37^оС	-38^оС	-39^оС	-40^оС
0,95	0,94	0,93	0,92	0,91	0,90

В других регионах России, где расчётный температурный режим наружных воздушных масс при проектировании отопительной системы находится на уровне минус 31°С или ниже, значения расчётных температур внутри обогреваемых помещений принимаются в соответствии с данными, приведёнными в действующей редакции СНиП 2.08.01-85.

На что обратить внимание при расчётах

В соответствии с действующим СНиП, на каждые 10 м² обогреваемой площади должно приходится не менее 1 кВт тепловой мощности, но при этом в обязательном порядке учитывается так называемый региональный поправочный числовой множитель:

зона с умеренными климатическими условиями – 1.2-1.3;
территория южных регионов – 0.7-0.9;
районы крайнего севера – 1.5-2.0.

Кроме прочего, немаловажное значение имеет высота потолочных конструкций и индивидуальные тепловые потери, которые напрямую зависят от типовых характеристик эксплуатируемого строения. Как правило, на каждый кубометр полезной площади затрачивается 40 ватт тепловой энергии, но при выполнении расчётов потребуется также учитывать следующие поправки:

наличие окна – плюс 100 ватт;
наличие двери – плюс 200 ватт;
угловое помещение – поправочный числовой множитель 1.2-1.3;
торцевая часть здания – поправочный числовой множитель 1.2-1.3;
частное домовладение – поправочный числовой множитель 1.5.

Практическое значение имеют показатели потолочного и стенового сопротивления, потери тепла через конструкции ограждающего типа и функционирующую вентиляционную систему.

Вид материала	Уровень термического сопротивления
Кирпичная кладка в три кирпича	0,592 м² × с/Вт
Кирпичная кладка в два с половиной кирпича	0,502 м² × с/Вт
Кирпичная кладка в два кирпича	0,405 м² × с/Вт
Кирпичная кладка в один кирпич	0,187 м² × с/Вт
Газосиликатные блоки толщиной 200 мм	0,476 м² × с/Вт
Газосиликатные блоки толщиной 300 мм	0,709 м² × с/Вт
Бревенчатые стены толщиной 250 мм	0,550 м² × с/Вт
Бревенчатые стены толщиной 200 мм	0,440 м² × с/Вт
Бревенчатые стены толщиной 100 мм	0,353 м² × с/Вт
Деревянный неутеплённый пол	1,85 м² × с/Вт
Двойная деревянная дверь	0,21 м² × с/Вт
Штукатурка толщиной 30 мм	0,035 м² × с/Вт
Каркасные стены толщиной 20 см с утеплением	0,703 м² × с/Вт

В результате функционирования вентиляционной системы потери тепловой энергии в зданиях составляют порядка 30-40%, через кровельные перекрытия уходит примерно 10-25%, а сквозь стены – около 20-30%, что должно учитываться при проектировании и расчёте тепловой нагрузки.

Средняя тепловая нагрузка

Максимально просто осуществляется самостоятельный расчёт тепловой нагрузки по площади здания или отдельно взятого помещения. В этом случае показатели обогреваемой площади умножаются на уровень тепловой мощности (100 Вт). Например, для здания общей площадью 180 м² уровень тепловой нагрузки составит:

180 × 100 Вт = 18000 Вт

Таким образом, для максимально эффективного обогрева здания площадью 180 м² потребуется обеспечить 18 кВт мощности. Полученный результат необходимо разделить на количество тепла, выделяемого в течение одного часа отдельной секцией установленных отопительных радиаторов.

18000 Вт / 180 Вт = 100

В результате можно понять, что в разных по назначению и площади помещениях здания должно быть установлено не менее 100 секций. С этой целью можно приобрести 10 радиаторов, имеющих по 10 секций, или остановить свой выбор на других вариантах комплектации. Следует отметить, что средняя тепловая нагрузка чаще всего рассчитывается в зданиях, оснащённых централизованной системой отопления при температурных показателях теплоносителя в пределах 70-75^оС.

Расчёт тепловой нагрузки ГВС

Общие показатели тепловой нагрузки на оборудованную систему горячего водоснабжения в течение года определяются в соответствии со следующей формулой:

Q_yhw = 24 Q_hw / 1 + k_hl = (365 – m) × k_hl + z_ht + а × (365 – m – z

ht) × 55 – t_wcs /55 – t_wc

Обозначение	Параметр
k_hl	Поправочный числовой множитель тепловой потери трубопроводными системами горячего водоснабжения
t_wc	Температурные показатели холодной воды (стандарт – 5)
m	Количество суток без горячего водоснабжения
z_ht	Количество суток в течение отопительного сезона при среднесуточных показателях температуры на улице ниже 8°C
а	Поправочный числовой множитель снижения уровня разбора воды в зданиях летом: 0,9 – жилые строения и 1 – здания другого назначения
t_wcs	Температурные показатели холодной воды летом (для открытых источников водоснабжения поправочный числовой множитель равен 15)

Нужно учитывать, что среднюю почасовую тепловую нагрузку на горячее водоснабжение в зданиях необходимо определять не только для зимнего отопительного сезона, но и для неотопительного периода в летние месяцы. При этом важно помнить, что если в процессе проектирования системы отопления выявлено, что оптимизация расходов на оплату энергоносителя – это не приоритетная задача, то вполне допустимо использовать на практике наименее точные и простые в понимании методики расчётов.

Читайте так же:

расчет часовых и годовых показателей

На чтение 8 мин Просмотров 2.4к. Опубликовано 20.03.2015 Обновлено 01.08.2016

Как оптимизировать затраты на отопление? Эта задача решается только комплексным подходом, учитывающим все параметры системы, здания и климатические особенности региона. При этом важнейшей составляющей является тепловая нагрузка на отопление: расчет часовых и годовых показателей входят в систему вычислений КПД системы.

Зачем нужно знать этот параметр

Распределение тепловых потерь в доме

Что же представляет собой расчет тепловой нагрузки на отопление? Он определяет оптимальное количество тепловой энергии для каждого помещения и здания в целом. Переменными величинами являются мощность отопительного оборудования – котла, радиаторов и трубопроводов. Также учитываются тепловые потери дома.

В идеале тепловая мощность отопительной системы должна компенсировать все тепловые потери и при этом поддерживать комфортный уровень температуры. Поэтому прежде чем выполнить расчет годовой нагрузки на отопление, нужно определиться с основными факторами, влияющими на нее:

Характеристика конструктивных элементов дома. Наружные стены, окна, двери, вентиляционная система сказываются на уровне тепловых потерь;
Размеры дома. Логично предположить, что чем больше помещение – тем интенсивнее должна работать система отопления. Немаловажным фактором при этом является не только общий объем каждой комнаты, но и площадь наружных стен и оконных конструкций;
Климат в регионе. При относительно небольших снижениях температуры на улице нужно малое количество энергии для компенсации тепловых потерь. Т.е. максимальная часовая нагрузка на отопление напрямую зависит от степени снижения температуры в определенный период времени и среднегодовое значение для отопительного сезона.

Учитывая эти факторы составляется оптимальный тепловой режим работы системы отопления. Резюмируя все вышесказанное можно сказать, что определение тепловой нагрузки на отопление необходимо для уменьшения расхода энергоносителя и соблюдения оптимального уровня нагрева в помещениях дома.

Для расчета оптимальной нагрузки на отопление по укрупненным показателям нужно знать точный объем здания. Важно помнить, что эта методика разрабатывалась для больших сооружений, поэтому погрешность вычислений будет велика.

Выбор методики расчета

Санитарно-эпидемиологические требования для жилых домов

Перед тем, как выполнить расчет нагрузки на отопление по укрупненным показателям или с более высокой точностью необходимо узнать рекомендуемые температурные режимы для жилого здания.

Во время расчета характеристик отопления нужно руководствоваться нормами СанПиН 2.1.2.2645-10. Исходя из данных таблицы, в каждой комнате дома необходимо обеспечить оптимальный температурный режим работы отопления.

Методики, по которым осуществляется расчет часовой нагрузки на отопление, могут иметь различную степень точности. В некоторых случаях рекомендуется использовать достаточно сложные вычисления, в результате чего погрешность будет минимальна. Если же оптимизация затрат на энергоносители не является приоритетной задачей при проектировании отопления – можно применять менее точные схемы.

Во время расчета почасовой нагрузки на отопление нужно учитывать суточную смену уличной температуры. Для улучшения точности вычисления нужно знать технические характеристики здания.

Простые способы вычисления тепловой нагрузки

Любой расчет тепловой нагрузки нужен для оптимизации параметров системы отопления или улучшения теплоизоляционных характеристик дома. После его выполнения выбираются определенные способы регулирования тепловой нагрузки отопления. Рассмотрим нетрудоемкие методики вычисления этого параметра системы отопления.

Зависимость мощности отопления от площади

Таблица поправочных коэффициентов для различных климатических зон России

Для дома со стандартными размерами комнат, высотой потолков и хорошей теплоизоляцией можно применить известное соотношение площади помещения к требуемой тепловой мощности. В таком случае на 10 м² потребуется генерировать 1 кВт тепла. К полученному результату нужно применить поправочный коэффициент, зависящий от климатической зоны.

Предположим, что дом находится в Московской области. Его общая площадь составлять 150 м². В таком случае часовая тепловая нагрузка на отопление будет равна:

15*1=15 кВт/час

Главным недостатком этого метода является большая погрешность. Расчет не учитывает изменение погодных факторов, а также особенности здания – сопротивление теплопередачи стен, окон. Поэтому на практике его использовать не рекомендуется.

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания

Укрупненный расчет нагрузки на отопление характеризуется более точными результатами. Изначально он применялся для предварительного расчета этого параметра при невозможности определить точные характеристики здания. Общая формула для определения тепловой нагрузки на отопление представлена ниже:

Где q° — удельная тепловая характеристика строения. Значения нужно брать из соответствующей таблицы, а – поправочный коэффициент, о котором говорилось выше, Vн – наружный объем строения, м³, Tвн и Tнро – значения температуры внутри дома и на улице.

Таблица удельных тепловых характеристик зданий

Предположим, что необходимо рассчитать максимальную часовую нагрузку на отопление в доме с объемом по наружным стенам 480 м³ (площадь 160 м², двухэтажный дом). В этом случае тепловая характеристика будет равна 0,49 Вт/м³*С. Поправочный коэффициент а = 1 (для Московской области). Оптимальная температура внутри жилого помещения (Твн ) должна составлять +22°С. Температура на улице при этом будет равна -15°С. Воспользуемся формулой для расчета часовой нагрузки на отопление:

Q=0.49*1*480(22+15)= 9,408 кВт

По сравнению с предыдущим расчетом полученная величина меньше. Однако она учитывает важные факторы – температуру внутри помещения, на улице, общий объем здания. Подобные вычисления можно сделать для каждой комнаты. Методика расчета нагрузки на отопление по укрупненным показателям дает возможность определить оптимальную мощность для каждого радиатора в отдельно взятом помещении. Для более точного вычисления нужно знать среднетемпературные значения для конкретного региона.

Такой метод расчета можно применять для вычисления часовой тепловой нагрузки на отопление. Но полученные результаты не дадут оптимально точную величину тепловых потерь здания.

Точные расчеты тепловой нагрузки

Значение теплопроводности и сопротивление теплопередачи для строительных материалов

Но все же этот расчет оптимальной тепловой нагрузки на отопление не дает требуемую точность вычисления. Он не учитывает важнейший параметр – характеристики здания. Главной из них является сопротивление теплопередачи материал изготовления отдельных элементов дома – стен, окон, потолка и пола. Именно они определяют степень сохранения тепловой энергии, полученной от теплоносителя системы отопления.

Что же такое сопротивление теплопередачи (R)? Это величина, обратная теплопроводности (λ) – возможности структуры материала передавать тепловую энергию. Т.е. чем больше значение теплопроводности – тем выше тепловые потери. Для расчета годовой нагрузки на отопление воспользоваться этой величиной нельзя, так как она не учитывает толщину материала (d). Поэтому специалисты используют параметр сопротивление теплопередачи, который вычисляется по следующей формуле:

R=d/λ

Расчет по стенам и окнам

Сопротивление теплопередачи стен жилых зданий

Существуют нормированные значения сопротивления теплопередачи стен, которые напрямую зависят от региона, где расположен дом.

В отличие от укрупненного расчета нагрузки на отопление сначала нужно вычислить сопротивление теплопередачи для наружных стен, окон, пола первого этажа и чердака. Возьмем за основу следующие характеристики дома:

Площадь стен – 280 м². В нее включены окна – 40 м²;
Материал изготовления стен – полнотелый кирпич (λ=0.56). Толщина наружных стен – 0,36 м. Исходя из этого рассчитываем сопротивление телепередачи — R=0.36/0.56= 0,64 м²*С/Вт;
Для улучшения теплоизоляционных свойств был установлен наружный утеплитель – пенополистирол толщиной 100 мм. Для него λ=0,036. Соответственно R=0,1/0,036= 2,72 м²*С/Вт;
Общее значение R для наружных стен равно 0,64+2,72= 3,36 что является очень хорошим показателем теплоизоляции дома;
Сопротивление теплопередачи окон — 0,75 м²*С/Вт (двойной стеклопакет с заполнением аргоном).

Фактически тепловые потери через стены составят:

(1/3,36)*240+(1/0.75)*40= 124 Вт при разнице температуры в 1°С

Температурные показатели возьмем такие же, как и для укрупненного вычисления нагрузки на отопление +22°С в помещении и -15°С на улице. Дальнейший расчет необходимо делать по следующей формуле:

124*(22+15)= 4,96 кВт/час

Расчет по вентиляции

Затем необходимо вычислить потери через вентиляцию. Общий объем воздуха в здании составляет 480 м³. При этом его плотность примерно равна 1,24 кг/м³. Т.е. его масса равна 595 кг. В среднем за сутки (24 часа) происходит пятикратное обновление воздуха. В таком случае для вычисления максимальной часовой нагрузки для отопления нужно рассчитать тепловые потери на вентиляцию:

(480*40*5)/24= 4000 кДж или 1,11 кВт/час

Суммируя все полученные показатели можно найти общие тепловые потери дом:

4,96+1,11=6,07 кВт/час

Таким образом определяется точная максимальная тепловая нагрузка на отопление. Полученная величина напрямую зависит от температуры на улице. Поэтому для расчета годовой нагрузки на отопительную систему нужно учитывать изменение погодных условий. Если средняя температура в течение отопительного сезона составляет -7°С, то итоговая нагрузка на отопление будет равна:

(124*(22+7)+((480*(22+7)*5)/24))/3600)*24*150(дней отопительного сезона)=15843 кВт

Меняя температурные значения можно сделать точный расчет тепловой нагрузки для любой системы отопления.

К полученным результатам нужно прибавить значение тепловых потерь через крышу и пол. Это можно сделать поправочным коэффициентом 1,2 – 6,07*1,2=7,3 кВт/ч.

Полученная величина указывает на фактические затраты энергоносителя при работе системы. Существует несколько способов регулирования тепловой нагрузки отопления. Наиболее действенный из них – уменьшение температуры в комнатах, где нет постоянного присутствия жильцов. Это можно осуществить с помощью терморегуляторов и установленных датчиков температуры. Но при этом в здании должна быть установлена двухтрубная система отопления.

Для вычисления точного значения тепловых потерь можно воспользоваться специализированной программой Valtec. В видеоматериале показа пример работы с ней.

Расчет тепловой нагрузки на отопление

]]>

Подборка наиболее важных документов по запросу Расчет тепловой нагрузки на отопление (нормативно–правовые акты, формы, статьи, консультации экспертов и многое другое).

Судебная практика: Расчет тепловой нагрузки на отопление

Статьи, комментарии, ответы на вопросы: Расчет тепловой нагрузки на отопление Открыть документ в вашей системе КонсультантПлюс:
Статья: Теплоснабжение: понятие, порядок учета, условия поставки
(Подготовлен для системы КонсультантПлюс, 2021)При неисправности ПУ или истечения срока поверки, для расчета берется среднесуточное количество тепловой энергии, теплоносителя, определенное по приборам учета за время штатной работы в отчетный период, приведенное к расчетной температуре наружного воздуха. При нарушении срока передачи данных ПУ — среднесуточное количество за предыдущий расчетный период. Если же такое значение высчитать невозможно, например, из-за отсутствия данных за прошлый период, иной отопительный сезон и т.п., то принимаются во внимание при расчете значения, установленные в договоре теплоснабжения — величина тепловой нагрузки, — количество тепловой энергии, которое может быть произведено и (или) передано по тепловым сетям за единицу времени (п. п. 118, 119, 121 Правил учета, п. 7 ст. 2 Закона о теплоснабжении).

Нормативные акты: Расчет тепловой нагрузки на отопление Федеральный закон от 27.07.2010 N 190-ФЗ
(ред. от 02.07.2021)
«О теплоснабжении»
(с изм. и доп., вступ. в силу с 01.09.2021)5. Проверка готовности к отопительному периоду теплоснабжающих организаций, теплосетевых организаций осуществляется в целях определения соответствия источников тепловой энергии и тепловых сетей требованиям, установленным правилами оценки готовности к отопительному периоду, наличия соглашения об управлении системой теплоснабжения, готовности указанных организаций к выполнению графика тепловых нагрузок, поддержанию температурного графика, утвержденного схемой теплоснабжения, соблюдению критериев надежности теплоснабжения, установленных техническими регламентами, а источников тепловой энергии также в целях подтверждения наличия нормативных запасов топлива. Теплоснабжающие организации и теплосетевые организации, кроме того, обязаны: Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ
(ред. от 11.06.2021)
«Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»8. В отопительный сезон лицо, ответственное за содержание многоквартирного дома, обязано проводить действия, направленные на регулирование расхода тепловой энергии в многоквартирном доме в целях ее сбережения, при наличии технической возможности такого регулирования и при соблюдении тепловых и гидравлических режимов, а также требований к качеству коммунальных услуг, санитарных норм и правил. Если расчеты за потребляемую в многоквартирном доме тепловую энергию осуществляются с учетом величины тепловой нагрузки, лицо, ответственное за содержание многоквартирного дома, обязано определить величину тепловой нагрузки при соблюдении установленных требований к качеству коммунальных услуг, санитарных норм и правил и произвести иные предусмотренные законодательством Российской Федерации действия в целях оптимизации расходов собственников помещений в многоквартирном доме на оплату тепловой энергии. Лицо, ответственное за содержание многоквартирного дома, обязано доводить до сведения собственников помещений в многоквартирном доме информацию о проводимых в соответствии с требованиями настоящей части действиях или об отсутствии возможности их проведения по технологическим причинам.

Расчет тепловой нагрузки на отопление

Как рассчитать тепловую нагрузку

Спросите у любого специалиста, как правильно организовать систему отопления в здании. При этом не важно — жилой это объект или промышленный. И профессионал ответит, что главное — это точно составить расчеты и грамотно выполнить проектирование. Речь, в частности, идет о расчете тепловой нагрузки на отопление. От этого показателя зависит объем потребления тепловой энергии, а значит, и топлива. То есть экономические показатели стоят рядом с техническими характеристиками.

Выполнение точных расчетов позволяет получить не только полный список необходимой для проведения монтажных работ документации, но и подобрать нужное оборудование, дополнительные узлы и материалы.

Тепловые нагрузки — определение и характеристики

Что обычно подразумевают под термином «тепловая нагрузка на отопление»? Это количество теплоты, которое отдают все приборы отопления, установленные в здании. Чтобы избежать лишних трат на производство работ, а также покупку ненужных приборов и материалов, и необходим предварительный расчет. С его помощью можно отрегулировать правила установки и распределения теплоты по всем помещениям, причем сделать это можно экономично и равномерно.

Но и это еще не все. Очень часто специалисты проводят расчеты, полагаясь на точные показатели. Они касаются размеров дома и нюансов строительства, где учитывается разнообразие элементов здания и их соответствие требованиям теплоизоляции и прочего. Именно точные показатели дают возможность правильно сделать расчеты и, соответственно, получить максимально приближенные к идеалу варианты распределения тепловой энергии по помещениям.

Но нередко случаются ошибки в расчетах, что приводит к неэффективной работе отопления в целом. Подчас приходится переделывать в ходе эксплуатации не только схемы, но и участки системы, что приводит к дополнительным расходам.

Какие же параметры влияют на расчет тепловой нагрузки в целом? Здесь необходимо разделить нагрузку на несколько позиций, куда входят:

Система центрального отопления.
Система теплый пол, если таковой установлен в доме.
Система вентиляции — как принудительной, так и естественной.
Горячее водоснабжение здания.
Ответвления на дополнительные бытовые нужды. К примеру, на сауну или баню, на бассейн или душ.

Основные характеристики

Профессионалы не упускают из виду ни одну мелочь, которая может повлиять на правильность расчета. Отсюда и достаточно больший список характеристик системы отопления, которые следует принимать во внимание. Вот только некоторые из них:

Назначение объекта недвижимости или его тип. Это может быть жилое здание или промышленное. У поставщиков тепловой энергии есть нормы, которые распределяются по типу зданий. Именно они часто становятся основополагающими при проведении расчетов.
Архитектурная часть здания. Сюда можно включить ограждающие элементы (стены, кровля, перекрытия, полы), их габаритные размеры, толщину. Обязательно учитываются всевозможные проемы — балконы, окна, двери и прочее. Очень важно принять во внимание наличие подвалов и чердаков.
Температурный режим для каждого помещения в отдельности. Это очень важно, потому что общие требования к температуре в доме не дают точной картины распределения тепла.
Назначение помещений. В основном это относится к производственным цехам, в которых необходимо более строгое соблюдение температурного режима.
Наличие специальных помещений. К примеру, в жилых частных домах это могут быть бани или сауны.
Степень технического оснащения. Учитывается наличие системы вентиляции и кондиционирования, горячего водоснабжения, тип используемого отопления.
Количество точек, через которые проводится отбор горячей воды. И чем больше таких точек, тем большей тепловой нагрузке подвергается система отопления.
Количество находящихся на объекте людей. От этого показателя зависят такие критерии, как влажность внутри помещений и температура.
Дополнительные показатели. В жилых помещениях можно выделить количество санузлов, отдельных комнат, балконов. В промышленных зданиях — количество смен работающих, число дней в году, когда работает сам цех в технологической цепочке.

Что включают в расчет нагрузок

Схема отопления

Расчет тепловых нагрузок на отопление проводят еще на стадии проектирования здания. Но при этом обязательно учитывают нормы и требования различных стандартов.

К примеру, теплопотери ограждающих элементов здания. Причем в расчет берутся все помещения в отдельности. Далее, это мощность, которая необходима для нагрева теплоносителя. Приплюсуем сюда количество тепловой энергии, требующейся для нагрева приточной вентиляции. Без этого расчет будет не очень точным. Прибавим также энергию, которая затрачивается на обогрев воды для бани или бассейна. Специалисты обязательно принимают во внимание и дальнейшее развитие теплосистемы. Вдруг через несколько лет вам вздумается устроить в собственном частном доме турецкий хамам. Поэтому необходимо прибавить к нагрузкам несколько процентов — обычно до 10%.

Рекомендация! Рассчитывать тепловые нагрузки с «запасом» необходимо для загородных домов. Именно запас позволит в будущем избежать дополнительных финансовых затрат, которые часто определяются суммами в несколько нулей.

Особенности расчета тепловой нагрузки

Параметры воздуха, а точнее, его температура берутся из ГОСТов и СНиПов. Здесь же подбираются коэффициенты теплопередачи. Кстати, паспортные данные всех видов оборудования (котлы, радиаторы отопления и прочее) берутся в расчет обязательно.

Что обычно включают в традиционный расчет нагрузки тепла?

Во-первых, максимальный поток тепловой энергии, исходящей от приборов отопления (радиаторов).
Во-вторых, максимальный расход тепла за 1 час эксплуатации отопительной системы.
В-третьих, общие тепловые затраты за определенный период времени. Обычно подсчитывают сезонный период.

Если все эти расчеты соизмерить и сопоставить с площадью теплоотдачи системы в целом, то получится достаточно точный показатель эффективности обогрева дома. Но придется учитывать и небольшие отклонения. К примеру, снижение потребления тепла в ночное время. Для промышленных объектов также придется учитывать выходные и праздничные дни.

Методы определения тепловых нагрузок

Проектирование теплого пола

В настоящее время специалисты пользуются тремя основными способами расчета тепловых нагрузок:

Расчет основных теплопотерь, где учитываются только укрупненные показатели.
Учитываются показатели, основанные на параметрах ограждающих конструкций. Сюда обычно добавляются потери на нагрев внутреннего воздуха.
Производится расчет всех систем, которые входят в отопительные сети. Это и отопление, и вентиляция.

Есть еще один вариант, который называется укрупненным расчетом. Его обычно применяют в том случае, когда отсутствуют какие-либо основные показатели и параметры здания, необходимые для стандартного расчета. То есть фактические характеристики могут отличаться от проектных.

Для этого специалисты используют очень простую формулу:

Q max от.=α x V x q0 x (tв-tн.р.) x 10 -6

α — это поправочный коэффициент, зависящий от региона строительства (табличная величина)
V — объем здания по наружным плоскостям
q0 — характеристика отопительной системы по удельному показателю, обычно определяется по самым холодным дням в году

Виды тепловых нагрузок

Тепловые нагрузки, которые используются в расчетах системы отопления и подборе оборудования, имеют несколько разновидностей. К примеру, сезонные нагрузки, для которых присущи следующие особенности:

Изменение температуры снаружи помещений в течение всего отопительного сезона.
Метеорологические особенности региона, где построен дом.
Скачки нагрузки на систему отопления в течение суток. Этот показатель обычно проходит по категории «незначительные нагрузки», потому что ограждающие элементы предотвращают большое давление на отопление в целом.
Все, что касается тепловой энергии, связанной с системой вентиляции здания.
Тепловые нагрузки, которые определяются в течение всего года. Например, потребление горячей воды в летней сезон снижается всего лишь на 30-40%, если сравнивать его с зимним временем года.
Сухое тепло. Эта особенность присуща именно отечественным отопительным системам, где учитывается достаточно большой ряд показателей. К примеру, количество оконных и дверных проемов, количество проживающих или находящихся постоянно в доме людей, вентиляция, воздухообмен через всевозможные щели и зазоры. Для определения этой величины используют сухой термометр.
Скрытая тепловая энергия. Существует и такой термин, который определяется испарениями, конденсацией и так далее. Для определения показателя используют влажный термометр.

Регуляторы тепловых нагрузок

Программируемый контроллер, диапазон температур — 5-50 C

Современные отопительные агрегаты и приборы обеспечиваются комплектом разных регуляторов, с помощью которых можно изменять тепловые нагрузки, чтобы тем самым избежать провалов и скачков тепловой энергии в системе. Практика показала, что с помощью регуляторов можно не только снизить нагрузки, но и привести систему отопления к рациональному использованию топлива. А это уже чисто экономическая сторона вопроса. Особенно это относится к промышленным объектам, где за перерасход топлива приходится выплачивать достаточно большие штрафы.

Если же вы не уверены в правильности своих расчетов, то воспользуйтесь услугами специалистов.

Давайте рассмотрим еще пару формул, которые касаются разных систем. К примеру, системы вентиляции и горячего водоснабжения. Здесь вам потребуются две формулы:

Qв.=qв.V(tн.-tв.) — это касается вентиляции.
Здесь:
tн. и tв — температура воздуха снаружи и внутри
qв. — удельный показатель
V — внешний объем здания

Qгвс.=0,042rв(tг.-tх.)Пgср — для горячего водоснабжения, где

tг.-tх — температура горячей и холодной воды
r — плотность воды
в — отношение максимальной нагрузки к средней, которая определяется ГОСТами
П — количество потребителей
Gср — средний показатель расхода горячей воды

Комплексный расчет

В комплексе с расчетными вопросами обязательно проводят исследования теплотехнического порядка. Для этого применяют различные приборы, которые выдают точные показатели для расчетов. К примеру, для этого обследуют оконные и дверные проемы, перекрытия, стены и так далее.

Именно такое обследование помогает определить нюансы и факторы, которые могут оказать существенное влияние на теплопотери. К примеру, тепловизорная диагностика точно покажет температурный перепад при прохождении определенного количества тепловой энергии через 1 квадратный метр ограждающей конструкции.

Так что практические измерения незаменимы при проведении расчетов. Особенно это касается узких мест в конструкции здания. В этом плане теория не сможет точно показать, где и что не так. А практика укажет, где необходимо применить разные методы защиты от теплопотерь. Да и сами расчеты в этом плане становятся точнее.

Заключение по теме

Расчетная тепловая нагрузка — очень важный показатель, получаемый в процессе проектирования системы отопления дома. Если подойти к делу с умом и провести все необходимые расчеты грамотно, то можно гарантировать, что отопительная система будет работать отлично. И при этом можно будет сэкономить на перегревах и прочих затратах, которых можно просто избежать.

Тепловое потребление классификация тепловых нагрузок

В системах централизованного теплоснабжения (СЦТ) по тепловым сетям подается теплота различным тепловым потребителям. Несмотря на значительное разнообразие тепловой нагрузки, ее можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: I) сезонная;

2) круглогодичная.

Изменения сезонной нагрузки зависят от климатических условий: температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра, солнечного излучения, влажности воздуха и т.п. Основную роль играет наружная температура. Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой график нагрузки. К сезонной тепловой нагрузке относятся отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха.

К круглогодичной нагрузке относятся технологическая нагрузка и горячее водоснабжение.

График технологической нагрузки зависит от профиля производственных предприятий и режима их работы, а график нагрузки горячего водоснабжения — от благоустройства жилых и общественных зданий, состава населения и распорядка его рабочего дня, а также от режима работы коммунальных предприятий — бань, прачечных. Эти нагрузки имеют переменный суточный график. Годовые графики технологической нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения также в определенной мере зависят от времени года. Как правило, летние нагрузки ниже зимних вследствие более высокой температуры перерабатываемого сырья и водопроводной воды, а также благодаря меньшим теплопотерям теплопроводов и производственных трубопроводов.

В том случае, когда при проектировании установок централизованного теплоснабжения отсутствуют данные о расчетных расходах теплоты, основанных на проектах теплопотребляющих установок абонентов, расчет тепловой нагрузки проводится на основе укрупненных показателей. В процессе эксплуатации значения расчетных тепловых нагрузок корректируют по действительным расходам. С течением времени это дает возможность установить проверенную тепловую характеристику для каждого потребителя.

Сезонная нагрузка Отопление

Основная задача отопления -это поддержание внутренней температуры помещений на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком. Условие теплового равновесия здания может быть выражено в виде равенства

где Q — суммарные тепловые потери здания; Q_T — теплопотери теплопередачей через наружные ограждения; Q_и — теплопотери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха; Q₀ —подвод теплоты в здание через отопительную систему; Q_rv — внутренние тепловыделения.

Тепловые потери здания в основном зависят от первого слагаемого Q_r. Поэтому для удобства расчета можно тепловые потери здания представить так:

где = Q_и/Q_т; — коэффициент инфильтрации, представляющий собой отношение теплопотерь инфильтрацией к теплопотерям теплопередачей через наружные ограждения.

Источником внутренних тепловыделений Q_тв, в жилых зданиях являются обычно люди, приборы для приготовления пищи (газовые, электрические и другие плиты), осветительные приборы. Эти тепловыделения носят случайный характер и не поддаются никакому регулированию во времени.

Для обеспечения в жилых районах нормального температурного режима во всех отапливаемых помещениях обычно устанавливают гидравлический и температурный режим тепловой сети по наиболее невыгодным условиям, т.е. по режиму отопления помещений с нулевыми тепловыделениями (Q_TB = 0).

Для предупреждения существенного повышения внутренней температуры в помещениях, в которых внутренние тепловыделения значительны, необходимо периодически выключать часть отопительных приборов или снижать расход теплоносителя; через них.

Качественное решение этой задачи возможно лишь при индивидуальной автоматизации, т.е. при установке авторегуляторов непосредственно на нагревательных приборах и вентиляционных калориферах.

Источник внутренних тепловыделений в промышленных зданиях — тепловые и силовые установки и механизмы (печи, сушила, двигатели и др.) различного рода. Внутренние тепловыделения промышленных предприятий довольно устойчивы и нередко представляют существенную долю расчетной отопительной нагрузки, поэтому они должны учитываться при разработке режима теплоснабжения промышленных, районов.

Теплопотери теплопередачей через наружные ограждения, Дж/с или ккал/ч, могут быть определены расчетным путем по формуле

где F — площадь поверхности отделы; k – коэффициент теплопередачи наружных ограждений; t – разность температур воздуха с внутренней и наружной сторон ограждающих конструкций.

Теплопотери теплопередачей можно определить по формуле Ермолаева:

где k_с, k_ок, k_пл, k_пт – коэффициенты теплопередачи стен, окон, пола нижнего этажа, потолка верхнего этажа;  — коэффициент остекления, т.е. отношение площади окон к площади вертикальных ограждений; ₁ и ₂ – поправочные коэффициенты на расчетный перепад температур для верхнего и нижнего горизонтальных ограждений; t_в – усредненная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений; t_н – температура наружного воздуха.

Теплогютери путем теплопередачи через наружные ограждения здания

a полные теплопотери с учетом инфильтрации

где q_ov– удельные теплопотери здания.

Для жилых и общественных зданий при правильной эксплуатации максимальный коэффициент инфильтрации в большинстве случаев составляет 3 — 6 %, что лежит в пределах погрешности расчета теплопотерь. Поэтому для упрощения инфильтрацию не вводят в расчет, т.е. принимают = 0. Для учета инфильтрации значение удельных теплопотерь принимают с небольшим запасом.

Теплопотери инфильтрацией промышленных зданий нередко достигают 25 — 30 % теплопотерь через наружные ограждения, и их необходимо учитывать при расчете.

Расчетный расход теплоты на отопление необходимо определять для расчетной наружной температуры для проектирования систем отопления t_но, равной средней температуре наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50-летний период.

Температура внутренней поверхности наружных стен непосредственно влияет на интенсивность теплоотдачи излучением от поверхности человеческого тела при нахождении человека в жилых и общественных зданиях; максимальная разность между температурой воздуха в помещениях и температурой внутренней поверхности наружных стен должна быть не выше 6 °С .

Удельные теплопотери жилых и общественных зданий с наружным объемом V > 3000 м, сооруженных по новым проектам после 1985 г., а также более утепленных зданий, сооруженных ранее, в районах с расчетной наружной температурой для отопления t_но = — 30 °С могут быть ориентировочно вычислены как

где a= 1,85 Дж/(м²‘⁵ • с • К) = 1,72 ккал/(м^2,5 • ч • °С).

При определении тепловой нагрузки вновь застраиваемых районов и отсутствии данных о типе и размерах намечаемых к сооружению общественных зданий можно ориентировочно принять расчетный расход теплоты на отопление общественных зданий равным 25 % расчетного расхода теплоты на отопление жилых зданий района.

Инфильтрация наружного воздуха в помещениях происходит под действием перепада (разности) давлений наружного и внутреннего воздуха. Этот перепад давлений представляет собой сумму двух слагаемых:

где р_г и  р_в — гравитационный и ветровой перепады давлений, Па,

Здесь L — свободная высота здания (для жилых и общественных зданий — высота этажа), м; g — ускорение свободного падения; w_b -— скорость ветра, м/с; _н, _в — плотности наружного и внутреннего воздуха, кг/м .

Скорость прохождения инфильтруемого воздуха через живое сечение неплотностей в наружных ограждениях зданий, м/с,

Теплопотери с инфильтрацией

где F – площадь суммарного сечения неплотностей в наружных ограждениях; с_в – объемная теплоемкость воздуха.

Коэффициент инфильтрации

где b = c_BF/q_ovV— постоянная инфильтрации, с/м.

Значение постоянной инфильтрации, должно определяться опытным путем. При отсутствии опытных данных можно для ориентировочных расчетов принимать следующие значения, м/с:

Для отдельно стоящих промышленных зданий с большими световыми проемами…………………… (35—40)10^-3

Для жилых и общественных зданий с двойным остеклением при сплошной застройке кварталов.…… (8—10)10^-3

Расчетными теплопотерями называются теплопотери при расчетной наружной температуре t_но. Расчетные теплопотери здания с учетом инфильтрации:

При постоянном значении коэффициента инфильтрации здания отношение теплопотерь Q данного здания или группы зданий при любой наружной температуре t_н > t_но к расчетным теплопотерям

При отсутствии данных о типе застройки и наружном объеме жилых и общественных зданий строительными нормами и правилами СНиП II 04.07.86 «Тепловые сети» рекомендуется определять расчетный расход теплоты на отопление жилых и общественных зданий по формуле

где q₀ — укрупненный показатель максимального расхода теплоты на отопление I м² площади жилых зданий, Вт/м [Дж/(с • м )]; А — общая площадь жилых зданий, м² ; К₁ — коэффициент, учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий. При отсутствии данных рекомендуется принимать К_} = 0,25.

Для экономного использования топлива весьма важное значение имеет выбор начала и конца отопительного сезона. Начало и конец отопительного сезона для жилых и общественных зданий обычно регламентируются местными органами власти.

Действующими в нашей стране строительными нормами и правилами продолжительность отопительного периода определяется по числу дней с устойчивой среднесуточной температурой +8 °С и ниже. Эту наружную температуру обычно считают началом и концом отопительного периода t_нк = 8 °С.

Переход от директивной экономики к рыночной в принципе снимает какие-либо ограничения в назначении продолжительности отопительного периода. Эту продолжительность (начало и конец) определяет потребитель тепловой энергии — абонент энергоснабжающей организации. В то же время для энергоснабжающей организации важно знать продолжительность периода, в течение которого будет иметь место спрос на теплоту, подлежащий удовлетворению энергоснабжающей организацией. Такой спрос на теплоту должен определяться, как правило, на основании многолетних статистических данных с учетом прогноза роста (снижения) присоединенных к тепловым сетям тепловых нагрузок. Нормы СНиП должны применяться в основном при решении проектных, а не эксплуатационных задач.

Начало и конец отопительного сезона для промышленных зданий определяются наружной температурой, при которой теплопотери через наружные ограждения делаются равными внутренним тепловыделениям. Так как тепловыделения в промышленных зданиях значительны, то в большинстве случаев длительность отопительного сезона для промышленных зданий короче, чем для жилых и общественных. Среднесуточная температура наружного воздуха, соответствующая началу и концу отопительного сезона промышленных зданий с большими внутренними тепловыделениями, может быть найдена по формуле

Тепловые нагрузки — обзор

11.3 Применение конечно-элементных моделей для оценки эскалации, вызванной пожаром

Модель с распределенными параметрами предназначена для детальной оценки эволюции физического явления в интересующей области (Cook, 1995; Spyrakos, 1996 ; Ван де Ваувер, 2013). После определения области выбирается модель для представления физических явлений, связанных с интересующими величинами. Таким образом, получается набор дифференциальных уравнений, аналитическое решение которых может оказаться невозможным в случае сложных явлений, таких как анализ конструкций и оборудования, подверженных случайным пожарам (Najjar and Burgess, 1996; Landesmann et al., 2005; Ван и Ли, 2009; Maljaars et al., 2009) или взрывная нагрузка (Yang, 1997; Wang et al., 2005; Liew, 2008). Модели конечных элементов (МКЭ) — это математические методы, нацеленные на обеспечение приближенных решений этой проблемы (Roberts et al., 2000; Landucci et al., 2009a, b, c; Birk, 2006; Manu et al., 2009; Paltrinieri et al., ., 2009; Tan et al., 2003; Bi et al., 2011). Метод FEM основан на дискретизации интересующей области небольшими частями (элементами), которые образуют сетку на самой области (сетка).Среди элементов определяются приближенные функции представляющих интерес величин (функции формы) и оцениваются в определенных точках (узлах), обычно на краях каждого элемента, но также и внутри самого элемента. Следовательно, проблема дискретизируется и решается локально в каждом узле, определяя поведение всего домена.

Несколько коммерческих кодов допускают этот тип оценки: ABAQUS (http://www.3ds.com/products/simulia/portfolio/abaqus/overview/), ANSYS (http: // www.ansys.com/), MARC (http://www.mscsoftware.com/Products/CAE-Tools/Marc.aspx), COMSOL (http://www.comsol.com/), SAMCEF (http: // www .lmsintl.com / samcef-solver-suite), NASTRAN (http://www.mscsoftware.com/products/cae-tools/msc-nastran.aspx) и LS DYNA (http: //www.ls-dyna .com /), некоторые из наиболее часто используемых для промышленных приложений (Noor, 1986; Cross and Slone, 2005). Упомянутые коды позволяют определять область сложной геометрии и операцию «объединения» для определения элементов, к которым могут применяться различные типы нагрузок (силы, тепловые потоки и наложенные температуры).

В случае сценариев домино, вызванного пожаром, ключевой аспект метода конечных элементов состоит в комбинированном анализе термических и стрессовых нагрузок (Birk, 2006; Manu et al., 2009; Landucci et al., 2009a; Tan et al., 2003) . Как обсуждалось в главе 5, разрушение обожженных элементов конструкции и, в частности, технологического оборудования и труб, связано с термическим ослаблением конструкционного материала, вызванным нагревом. Кроме того, более высокие температуры приводят к увеличению механического напряжения из-за теплового расширения и, в случае оборудования под давлением, из-за повышения внутреннего давления.Преимущество использования кодов FEM заключается в возможности оценивать в каждой точке цели (например, в каждом определенном узле) напряженные и температурные условия, получая более точный прогноз возможных условий отказа. Следовательно, критические точки конструкции, такие как соединение с каркасами, опорами, седлами или сильные неоднородности (например, граница раздела между хранимой жидкостью и паровым пространством сосуда под давлением, неравномерное воздействие огня и т. Д.), На которые может повлиять усиление напряжений ( Birk, 2006; Manu et al., 2009; Ландуччи и др., 2009а; Tan et al., 2003), могут быть приняты во внимание с высокой степенью детализации.

Конкретные подходы, основанные на методе МКЭ, были предложены в литературе для анализа проблемы (Roberts et al., 2000; Landucci et al., 2009a, b, c; Birk, 2006; Manu et al., 2009; Paltrinieri et al. ., 2009; Tan et al., 2003; Bi et al., 2011). Чтобы продемонстрировать возможности модели и требования к установке, модель, разработанная Ландуччи и др. (2009a, b, c) и реализованные в коде ANSYS ™ (ANSYS ™, 2007).Модель специально создана для моделирования различных режимов воздействия огня, определения температуры стенок и эволюции напряжений для огневого технологического оборудования и складского оборудования. Следовательно, модель может предсказать целевое время до отказа, например время между началом пожара и возможным отказом оборудования, приводящим к потере герметичности.

Далее будут представлены краткие детали модели и пример применения МКЭ для анализа крупномасштабных сосудов под давлением, подверженных пожарам.Более подробная информация о настройке модели представлена в другом месте (Landucci et al., 2009a, b; Paltrinieri et al., 2009).

Первым этапом моделирования методом МКЭ является подробный расчет температур на оболочке сосуда в зависимости от времени и режима излучения. Сосуды моделируются в виде цилиндрического корпуса с различными типами торцов (коническая крыша и плоское основание для атмосферных резервуаров и полусферические днища для резервуаров под давлением). Для каждой рассматриваемой геометрии необходимо определить правильную сетку.Пример представлен на рисунке 11.2, в котором расчетная сетка настроена для моделирования крупномасштабных атмосферных вертикальных резервуаров (рисунок 11.2 (a)) и горизонтальных резервуаров под давлением (рисунок 11.2 (b)). Характеристики судов, рассмотренных в тематическом исследовании, представлены в Таблице 11.1.

Рисунок 11.2. Пример геометрии и сетки, реализованных в FEM для анализа тематических исследований: (а) атмосферный сосуд; (б) сосуд под давлением. См. Таблицу 11.1 для получения информации о геометрических характеристиках сосудов.

Таблица 11.1. Основные характеристики сосудов, рассматриваемых в тематическом исследовании, обсуждаемом в разделе 11.2

Элемент	Атмосферный сосуд	Резервуар под давлением
Номинальный объем (м ³)	10 000	110
Геометрия	Вертикальный цилиндр, коническая крыша	Горизонтальный цилиндр
Внешний диаметр (м)	30	3.0
Общая высота ^∗ / длина ^† цилиндр (м)	14	18,3
Толщина стенки (мм)	20,5–6,5 ^‡	20
Заполнение уровень (%)	50	50
Расчетное манометрическое давление (бар изб.)	0,25	18,2
Тип стали	Низкоуглеродистая сталь ASTM A570Grade33	Углеродистая сталь с высоким выходом P460NH
Наружная температура (° C)	20	20
Тип воздействия огня	Излучение от удаленного источника	Охлаждение бассейна дизельным топливом
Тепловая нагрузка в моделировании (кВт / м ²)	20	150

Тепловые нагрузки применяются для моделирования распределения температуры оболочки.Были применены два различных типа тепловых нагрузок:

•: Постоянные тепловые нагрузки: излучение от внешнего огня, конвекция и поверхностное излучение.
•: Зависящие от времени тепловые нагрузки: тепловой поток от внутренней стальной стенки к жидкости (газовой или жидкой фазе).

Неравномерное распределение тепловой нагрузки может быть получено с помощью дискретизации МКЭ, таким образом, метод может быть сопряжен со сложными инструментами CFD, способными имитировать крупномасштабное струйное пламя и пожары луж.В представленном тематическом исследовании атмосферный сосуд подвергается воздействию пламени на расстоянии, в то время как сосуд под давлением полностью охвачен огнем. Значения тепловых нагрузок (таблица 11.1) были получены из анализа соответствующих сценариев пожара для эскалации (раздел 5.3), а коэффициенты теплопередачи были получены из анализа литературных данных (Knudsen et al., 1999).

На рисунке 11.3 показаны два примера результатов детального моделирования температуры, соответственно, для атмосферы (рисунок 11.3 (а)) и сосуды под давлением (рис. 11.3 (б)).

Рисунок 11.3. Температурные карты, полученные методом МКЭ для анализируемых сосудов на момент отказа: (а) атмосферный сосуд; (б) сосуд под давлением. Температура выражается в ° C.

(Цветную версию этого рисунка отсылают к онлайн-версии этой книги.)

Второй этап моделирования методом конечных элементов состоит в вычислении поля переходных напряжений как функции местных температур и других температур. нагрузки, присутствующие на корпусе оборудования.При анализе учитываются вес, внутреннее давление пара и гидравлический градиент. На рис. 11.4 показан пример карт, представляющих поле интенсивности напряжений, действующих на корпус оборудования, полученных в результате моделирования температуры на рис. 11.3 для соответствующего судна.

Рисунок 11.4. Карты интенсивности напряжений, полученные с помощью МКЭ при температурах, оцененных в термическом анализе (рис. 11.3): (а) атмосферный сосуд; (б) сосуд под давлением. Напряжение выражается в МПа.

(Для ознакомления с цветной версией этого рисунка читатель может обратиться к онлайн-версии этой книги.)

Полученные результаты позволяют применить критерий отказа, описанный в разделе 5.4. Таким образом, время до отказа сосудов можно оценить, получив, соответственно, 12 и 8 минут для сосудов с атмосферным давлением и под давлением. Это согласуется с тем, что наблюдалось при авариях с участием судов, подвергшихся воздействию излучения огня или полного столкновения (Birk et al., 2006a; Droste and Schoen, 1988; Townsend et al., 1974). Таким образом, представленный пример анализа показывает возможности инструмента FEM для оценки условий, приводящих к отказу сосуда. FEM обеспечивает поддержку оценки возможности эскалации критических целей и поддерживает планирование аварийных ситуаций, оценивая остаточное время для смягчения последствий до эскалации (например, время до отказа).

Еще одним преимуществом применения МКЭ является детальный дизайн возможных барьеров для смягчения последствий, таких как установка огнезащитных материалов на внешней поверхности целевых сосудов или конструкций (Roberts et al., 2000; Ди Падова и др., 2011; Tugnoli et al., 2012) или устройства сброса давления (более подробную информацию см. В разделе 5.5). В литературе имеется несколько примеров, касающихся оценки оптимальной конструкции тепловой защиты, направленной на отсрочку или, в конечном счете, предотвращение отказа сосуда (Birk, 2004, 2005, 2006; Landucci et al., 2009a, b, c). Инструменты FEM также можно использовать для оценки характеристик данного защитного барьера и, в конечном итоге, для проверки эффектов ухудшения защиты во время воздействия огня (Gomez-Mares et al., 2012а, б, в). Еще одним ключевым вопросом при оценке эффективности противопожарной защиты инструментами FEM является влияние дефектов тепловой защиты. Дефекты могут быть вызваны как старением (например, коррозией и / или эрозией), так и случайным ударом. Уменьшение действия тепловой защиты из-за наличия дефектов показано небольшими экспериментами на резервуарах для сжиженного нефтяного газа (VanderSteen and Birk, 2003; Birk et al., 2006b) и исследовано FEM в подробных исследованиях Birk (1999, 2005). ).

Напряжения тепловых нагрузок

Термическая нагрузка определяется как температура, которая оказывает воздействие на здания и сооружения, например, температура наружного воздуха, солнечное излучение, температура под землей, температура воздуха в помещении и оборудование источника тепла внутри здания.

ASCE 7-15, разделы 2.3.5 и 2.4.4, в которых конкретно упоминаются термические и другие самодеятельные нагрузки, которые необходимо учитывать, где это применимо. Во многих случаях тепловые перемещения невозможно ограничить, и вместо этого в конструкции необходимо учитывать тепловое перемещение конструкции / оборудования, в противном случае напряжения в ограничителях или в конструкции / оборудовании могут вызвать катастрофические отказы.
Различные материалы имеют разную степень расширения. Конструкции или предметы из различных материалов, соединенных крепежными деталями или клеями, могут деформироваться и ломаться при экстремальных температурах.Например, полиэтиленовая труба будет расширяться / сжиматься примерно в десять раз больше, чем стальная труба.

Исторически термические напряжения вызывали отказы железнодорожных путей, дорог, фасадов зданий и даже электронных устройств. Понимание этих эффектов и способов их минимизации снижает риск повреждения или отказа при экстремальных температурах и избавляет от необходимости выполнять дорогостоящий ремонт.

Например, полиэтиленовая труба длиной 200 футов может изменяться в длине на 1/8 дюйма на каждый градус (F) изменения температуры.Если это движение ограничено, в трубе и ограничениях будут возникать напряжения. В зависимости от силы фиксатора и прочности трубы на изгиб фиксатор может сломаться или труба может прогнуться. Изгиб трубы может травмировать любого, кто работает рядом с трубой, а также может вызвать утечку из трубы. Повреждения и травмы также могут возникнуть при поломке удерживающего устройства.

Даже тротуары не защищены от термических нагрузок. Недавно был установлен большой участок тротуара шириной 4 фута длиной около квартала.Температурные компенсаторы не были предусмотрены на достаточном расстоянии. В жаркий летний день по всей округе раздался громкий взрыв. Тротуар прогнулся, и один из участков тротуара раскололся. Бетон остался неровным и поврежденным, что потребовало снятия и ремонта поврежденного участка тротуара. Были предоставлены дополнительные тепловые компенсаторы, чтобы, как мы надеемся, предотвратить проблемы в будущем.

2.4 Тепловые нагрузки — BPAC

Тепловые нагрузки — это количество энергии, которое необходимо добавить или удалить из помещения системой HVAC для обеспечения комфорта пассажиров.Правильный выбор системы HVAC требует понимания нагрузки на отопление и охлаждение в помещении.

Здания с высокими эксплуатационными характеристиками стремятся максимально снизить эти нагрузки и максимально эффективно выдерживать эти нагрузки.

Строительная программа определяет, какие внутренние или внешние нагрузки преобладают.

Понимая тепловые нагрузки здания и его предполагаемое использование, вы можете более эффективно использовать энергию солнца и ветра для пассивного обогрева, охлаждения и вентиляции здания, освещения здания и проектирования эффективных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.Вы даже можете генерировать энергию на месте, используя ресурсы, которые в противном случае были бы тепловыми нагрузками, требующими энергии.

Внешние тепловые нагрузки

Внешние тепловые нагрузки возникают в результате передачи тепла через оболочку здания от солнца, земли и окружающей среды (и погоды). Оболочка здания включает стены, крыши, полы, окна и любые другие поверхности, которые разделяются внутри и снаружи. Иногда их также называют огибающей, нагрузками, тканями, нагрузками, оболочками, нагрузками или внешними усилениями / потерями.

Эти нагрузки включают энергию, заключенную во влаге воздуха (см. Явное и скрытое тепло).

Вот несколько распространенных способов, которыми тепло поступает в здание или из него:

Теплопроводность, проникающая или покидающая оболочку здания в наружный воздух или землю
Солнечный свет (лучистая энергия), проникающий через окна для обогрева помещений или хранения энергии в тепловом масса (прямые солнечные лучи)
Солнечный свет нагревает внешние поверхности здания («косвенные солнечные лучи»)
Потеря внутреннего воздуха наружу или наоборот, из-за утечек и инфильтрации
Воздух, преднамеренно вводимый в здание для обеспечения свежий воздух / вентиляция или истощение из точечных источников.

Выбор материала, конструкция оболочки и ее герметизация существенно влияют на количество проводимой и конвектируемой солнечной энергии, которая входит и покидает оболочку здания. Степень, в которой каждый из этих факторов влияет на нагрузку здания и комфорт людей, также зависит от разницы температур и влажности в помещении и на улице, которые постоянно меняются в зависимости от сезона и времени суток.

Понимание того, где тепловая энергия накапливается и теряется в вашем проекте, является важным первым шагом к успешным стратегиям пассивного проектирования.В жаркую и солнечную погоду очень важно снизить нагрузку от солнечного излучения, используя правильно спроектированные шторы и окна с низким притоком солнечного тепла. С другой стороны, в холодном климате или зимой часто бывает желательно каким-то образом улавливать эту бесплатную солнечную энергию.

Подробнее о климатических условиях

Подробнее о теплопередаче и тепловых свойствах

Подробнее об инфильтрации и скрытой теплоте

Подробнее о дизайне затенения

Внутренняя тепловая нагрузка

Внутренняя тепловая нагрузки возникают из-за тепла, выделяемого людьми, освещением и оборудованием.Их также иногда называют основной нагрузкой или внутренним усилением. Освещение и большая часть оборудования — это явное тепло, тогда как метаболическое тепло, выделяемое телами людей, представляет собой комбинацию явных и скрытых нагрузок. В некоторых зданиях или пространствах преобладают менее распространенные внутренние источники ощутимых и скрытых внутренних нагрузок, такие как большие кухни, бассейны и раздевалки, клубы здоровья или производственные процессы.

Внутренняя выгода от освещения и оборудования обычно равна их энергопотреблению: когда осветительная арматура преобразует ватт-час электричества в фотоны, эти фотоны отскакивают по комнате до тех пор, пока они не поглощаются, превращая свою световую энергию в тепловую энергию.

Точно так же вся электрическая энергия, которую осветительный прибор не превратил в фотоны, превращается непосредственно в тепловую энергию из-за неэффективности.

То же самое и с оборудованием: электрическая энергия, используемая для перемещения механических частей, преобразуется в тепло за счет трения, энергия, используемая для питания электроники, превращается в тепло через электрическое сопротивление и т. Д.

Тепловая нагрузка людей зависит от количества людей и уровень их активности. Она может составлять от 70-80 Вт для взрослого, спящего, до более 1000 Вт для спортсмена, выполняющего интенсивные упражнения.

Тепловые нагрузки от людей, занимающихся различными видами деятельности

Активность	Ватт
Сидя	100
Непринужденность стоя / разговор	130
Еда	130
Еда	130
Прогулка	160
Домашнее хозяйство	175
Тяжелая работа (например,столярные изделия)	270
Быстрая ходьба / пешие прогулки	400
Бег на длинные дистанции	1,000
Спринт	1,600
Табличные значения от Starner, T. и Paradiso, JA , «Создаваемая человеком энергия для мобильной электроники», в Пиге, К. (ред.), Low-Power Electronics, CRC Press, Глава 45, 2004.

Внутренние и внешние нагрузки

Густонаселенные здания с высокой деятельность и / или энергоемкое оборудование (например,грамм. офисные здания, кинотеатры), как правило, подвержены внутренней нагрузке, в то время как малонаселенные здания с небольшой активностью или оборудованием (например, жилые дома для одной семьи, склады), как правило, подвержены внешней нагрузке.

Программа строительства и массирование также помогают определить, насколько важны внутренние тепловые нагрузки по сравнению с внешними нагрузками от солнца, ветра и температуры окружающей среды.

Нагревательные и охлаждающие нагрузки

Внутренние и внешние тепловые нагрузки преобразуются в тепловые и охлаждающие нагрузки.Это количество тепловой энергии, необходимое для обогрева и охлаждения здания, а также для контроля влажности внутри здания.

Нагрузки обычно рассчитываются как количество энергии, которое необходимо ввести в здание или из него, чтобы поддерживать температуру на заданном уровне (заданном значении).

Если приток тепла превышает потери в ограждающей конструкции и вентиляции, то для здания или помещения имеется чистая охлаждающая нагрузка (в здании слишком жарко).
Если тепловые потери превышают внутреннюю выгоду, то в здании или помещении имеется чистая тепловая нагрузка (в здании слишком холодно).
Уставка термостата нагрева часто отличается от уставки термостата охлаждения как для экономии энергии, так и из-за человеческих предпочтений. Распределение нагрузок на отопление и охлаждение зависит от климата.

Программное обеспечение для анализа рабочих характеристик здания может предоставить диаграммы для нагрузок на отопление и охлаждение, в которых приводится разбивка того, что движет потребностями в энергии для отопления и охлаждения.

Ежемесячные графики тепловой и охлаждающей нагрузки показывают, где тепловая энергия накапливается и теряется.

В Autodesk Revit нагрузки нагрева и охлаждения показаны на отдельных гистограммах. Он перечисляет теплопроводность через окна отдельно от поступления тепла солнечным излучением через окна, а также разделяет теплопередачу через крыши, стены и полы или подземные области.

Объяснение того, как интерпретировать графики нагрузки на отопление и охлаждение.

Примеры диаграмм из Autodesk Revit 2013

При интерпретации диаграмм энергетической нагрузки обратите внимание на то, связаны ли самые большие потери и выигрыш тепла от внутренних или внешних нагрузок.

Также обратите внимание, что именно нагревательные и охлаждающие нагрузки PEAK используются инженерами для оборудования HVAC размера . Эти графики анализа энергии призваны помочь понять потоки энергии, а не размеры оборудования. Однако использование инструментов анализа энергии может позволить вам лучше понять и рассчитать потребление энергии, чтобы вы могли избежать чрезмерного увеличения размера оборудования и отказаться от типичных «практических правил».

Чтобы получить инструкции по выполнению этих расчетов, воспользуйтесь приведенными ниже ссылками и справочными текстами, такими как «Механическое и электрическое оборудование для зданий» Уолтера Т.Грондзик, Элисон Г. Квок, Бенджамин Штайн, Джон С. Рейнольдс.

Использование энергии для удовлетворения нагрузок на отопление и охлаждение

Значения в приведенных выше диаграммах нагрузки на отопление и охлаждение представляют собой количество необходимого нагрева или охлаждения, а не количество энергии, которое система HVAC фактически потребляет для создания требуемой нагрузки.

Пассивные системы сокращают потребность в энергии или удовлетворяют ее естественным образом. Активные системы перемещают тепло и влагу с помощью газа или электричества.Сколько и какой тип топлива будет потреблять система HVAC, зависит от типа и эффективности системы.

При использовании активных систем для удовлетворения тепловых нагрузок обычно требуется больше энергии, чем для удовлетворения охлаждающих нагрузок. Системы отопления, основанные на сжигании топлива, имеют КПД примерно 75-95% при преобразовании химической энергии топлива в тепло, подаваемое в здание. Эффективность систем охлаждения (и тепловых насосов в режиме обогрева) не измеряется в процентах эффективности, поскольку они не преобразуют потенциальную энергию в поставляемое тепло, а используют энергию, чаще всего электричество, для перемещения тепла в здание или из него.В Руководстве по проектированию всего здания указаны диапазоны значений эффективности и размеров, которые типичны для различных типов систем охлаждения — см. WBDG. Тепловые насосы и кондиционеры используют энергию для передачи тепла, они не производят холода — см. Тепловые насосы). Ощущаемый нами охлаждающий эффект — это отвод тепла, а не добавление холода.

Кроме того, если вы включите стоимость в уравнение, это принесет еще один уровень сложности, потому что топливо для отопления намного дешевле на единицу энергии, чем электричество.Владельцы зданий часто тратят больше энергии на охлаждение здания, чем на его обогрев. Для этого есть много причин, но проще всего понять, что электричество обычно стоит в три-пять раз больше, чем отопительное топливо на единицу энергии.

Точки баланса

Концепция точки равновесия здания может помочь проектировщикам определить, когда в здании требуется отопление или охлаждение. Точкой баланса является температура на улице , при которой здание переходит от потребности в обогреве к потребности в охлаждении.Он рассчитывается путем сравнения внутренних тепловых потерь (от людей, оборудования и т. Д.) С внешними тепловыми потерями (от проникновения в здание и т. Д.). Это , а не идеальная комфортная температура внутри здания. Это температура, при которой количество тепла в здании равно его потерям.

Если температура НИЖЕ точки баланса, требуется обогрев.
Если температура ВЫШЕ точки баланса, требуется охлаждение.
Если температура находится в точке баланса, отопление или охлаждение не требуется, потому что здание получает столько тепла, сколько теряет.

Например, если точка баланса здания составляет 65 градусов, а температура наружного воздуха составляет 75 градусов, в это время будет полезна стратегия пассивного охлаждения, такая как затенение.

Здания с высоким внутренним притоком тепла (например, офисы) и низкими показателями теплопотерь (хорошо герметизированные и хорошо изолированные) будут иметь более низкую точку баланса.

Термическая нагрузка — структурный анализ — Добро пожаловать в LS-DYNA Примеры

 * BOUNDARY_SPC_SET 
 * CONTROL_ACCURACY 
 * CONTROL_IMPLICIT_GENERAL 
 * CONTROL_IMPLICIT_SOLUTION 
 * CONTROL_SOLUTION 
 * CONTROL_TERMINATION 
 * CONTROL_TIMESTEP 
 * DATABASE_BINARY_D3PLOT 
 * DATABASE_GLSTAT 
 * DATABASE_MATSUM 
 * DEFINE_CURVE 
 * ELEMENT_SHELL 
 * END 
 * INCLUDE 
 * СЛОВО 
 * LOAD_THERMAL_LOAD_CURVE 
 * MAT_ADD_THERMAL_EXPANSION 
 * MAT_ELASTIC 
 * NODE 
 * PART 
 * SECTION_SHELL 
 * SET_NODE_LIST_TITLE 
 * TITLE

 * КЛЮЧЕВОЕ СЛОВО 
 $ 
 $ ============================= ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТРОЛЯ ============ ================== 
 $ 
 * TITLE 
 Стальная рама с термической нагрузкой - только структурный анализ 
 * CONTROL_SOLUTION 
 $ soln nlq isnan lcint lcacc ncdcf 
 0 
 * CONTROL_TIMESTEP 
 $ dtinit tssfac isdo tslimt dt2ms lctm erode ms1st 
 0.9 
 * CONTROL_TERMINATION 
 $ endtim endcyc dtmin endeng endmas nosol 
 1.0 
 * CONTROL_ACCURACY 
 $ OSU INN PIDOSU IACC 
 1 4 1 
 $ -------- 1 --------- 2-- ------- 3 --------- 4 --------- 5 --------- 6 --------- 7-- ------- 8 
 $ КАРТЫ НЕЯВНОГО УПРАВЛЕНИЯ 
 $ -------- 1 --------- 2 --------- 3 ------ --- 4 --------- 5 --------- 6 --------- 7 --------- 8 
 * CONTROL_IMPLICIT_GENERAL 
 $ IMFLAG DT0 IMFORM NSBS IGS CNSTN FORM ZERO_V 
 1 0.1 
 * CONTROL_IMPLICIT_SOLUTION 
 $ NSOLVR ILIMIT MAXREF DCTOL ECTOL RCTOL LSTOL ABSTOL 
 12 0.0010 0.01000 1.0E-20 
 $ DNORM DIVERG ISTIF NLPRINT NLNORM 
 0 0 0 1 4 
 $ 
 $ = ===================== ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ ============================ ======= 
 $ 
 * DATABASE_BINARY_D3PLOT 
 $ dt 
 0,1 
 * DATABASE_GLSTAT 
 $ dt 
 0.1 
 * DATABASE_MATSUM 
 $ dt 
 0.1 
 $ 
 $ ============================== ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИ ===== ========================== 
 $ 
 * ЧАСТЬ 
 $ title 
 column_1 
 $ pid secid mid eosid hgid grav adpopt tmid 
 1 1 1 
 * PART 
 $ title 
 bar 
 $ pid secid mid eosid hgid grav adpopt tmid 
 2 1 1 
 * PART 
 $ title 
 column_2 
 $ pid secid mid eosid hgid grav adpopt tmid 
 3 1 1 
 $ 
 $ = =========================== СВОЙСТВА РАЗДЕЛА ===================== ========= 
 $ 
 * SECTION_SHELL 
 $ SID ELFORM SHRF NIP PROPT QR / IRID ICOMP 
 1-16 0.833 5.0 
 $ t1 t2 t3 t4 
 3.0 3.0 3.0 3.0 
 $ 
 $ ====================== МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА ======== ================= 
 $ 
 * MAT_ELASTIC 
 $ # MID RO E PR DA DB K 
 1 7.8500E-9 2.1000E + 5 0.300000 0.000 0.000 0 
 * MAT_ADD_THERMAL_EXPANSION 
 $ PID LCID MULT LCIDY MULTY LCIDZ MULTZ 
 1 12.0E-06 
 2 12.0E-06 
 3 12.0E-06 
 $ ==================== ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА ТОЛЬКО ДЛЯ АНАЛИЗА КОНСТРУКЦИИ ======= ====== $ ====================== МЕХАНИЧЕСКИЕ ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ ======================== = 
 $ 
 * BOUNDARY_SPC_SET 
 $ nid / nsid cid dofx dofy dofz dofrx dofry dofrz 
 1 1 1 1 1 1 1 
 * BOUNDARY_SPC_SET 
 $ nid / nsid cid dofx dofx 1 dofrz 1 90 dofx 1 901 dofrz 1 901 $ ======================= ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЗЛА / ЭЛЕМЕНТА / НАБОР / СЕГМЕНТА ONS ==================== 
 * ВКЛЮЧАЙТЕ 
 geo.k 
 $ 
 * SET_NODE_LIST_TITLE 
 fixing_1 
 $ sid da1 da2 da3 da4 solver 
 1 
 $ nid1 nid2 nid3 nid4 nid5 nid6 nid7 nid8 
 4 1 3 2 
 * SET_NODE_LIST_LIST_TITLE 2 
 da3 nid1 nid2 nid3 nid4 nid5 nid6 nid7 nid8 
 161 163 164 162 
 $ -------- 1 --------- 2 --------- 3 ------ --- 4 --------- 5 --------- 6 --------- 7 --------- 8 
 $ 
 * КОНЕЦ

Тепловые нагрузки

Этот инструмент позволяет графически прикладывать тепловые нагрузки к стержням или элементам. тарелки.

Порядок действий следующий.

Выбрать элементы или пластины, которые вы хотите загрузить, щелкните правой кнопкой мыши а затем выберите «Нагрузки» => «Тепловые нагрузки». из появившегося всплывающего меню.

ИЛИ

Выберите «Тепловые нагрузки — Графические» в меню «Нагрузки», затем выберите элементы или пластины, которые вы хотите загрузить, щелкните правой кнопкой мыши а затем нажмите ОК.
В форма загружения, которая появляется, если вы вводите новые нагрузки, то вы, вероятно, оставите поле списка загружений пустым и укажите загружения в следующей таблице данных. Если вы редактируете грузы тогда вы также можете оставить поле списка загружений пустым, если только существует большое количество вариантов нагрузки, и вы хотите ограничить даташит лишь на некоторые из них.
Затем вы должны выбрать между отображением нагрузок, приложенных к каждому выбранному элемент или пластина индивидуально (т. е.одна строка данных для каждого участника или пластина) или применяется как группа ко всем выбранным элементам или пластинам (т.е. одна строка данных для всех элементов или пластин). Преимущество выбора «группы» состоит в том, что вам нужно только ввести одна строка данных в таблице, чтобы применить ее ко всем выбранным члены или тарелки. Это может быть особенно полезно, если вы применяете одинаковая нагрузка на ряд элементов или пластин. Если вы вводите различная нагрузка на каждый элемент или пластину, тогда вы должны выбрать «индивидуальный» подбор.Выбираем «индивидуалку» также может быть полезно, если вы просто пытаетесь увидеть, какие нагрузки уже применены к выбранным элементам или пластинам.
Если вы выбрали отображение нагрузок, приложенных к каждому элементу или пластине индивидуально, вы также можете выбрать между отображением всех выбранных элементы или пластины, или только те, которые загружены. Если вы вводите новые нагрузки, тогда вы, вероятно, захотите показать все выбранные стержней или пластин, тогда как если вы редактируете существующие нагрузки или просто просмотр нагрузок с отображением только нагруженных элементов или пластин может быть предпочтительнее.
А После этого появится таблица с любыми существующими нагрузками. Можете добавить, отредактируйте или удалите грузы, а затем нажмите кнопку ОК, чтобы сохранить изменения. Работа с таблицей данных такая же, как с неграфическими таблицами. (см. также Таблицы данных).
Для стержней положительный температурный градиент Y приводит к возникновению вершины (положительный ось y) грань элемента для расширения и нижняя грань для сжатия, тогда как положительный температурный градиент Z вызывает фронт (положительная ось z) сторона элемента расширяется, а противоположная сторона сокращается.
Для пластин положительный температурный градиент вызывает верх (положительная ось z) лицевая сторона пластины расширяется, а нижняя — сжимается.
См. «Использование таблицы данных »для получения информации о том, как работать с вышеуказанной таблицей данных.

См. Также данные о тепловой нагрузке.

Новый мост Траммел-Крик на «Чжихуэй Чжу, Майкл Т. Дэвидсон и др.

Абстрактные

Когда инфраструктура подвергается изменениям температуры, элементы конструкции, которые частично или полностью защищены от движения, могут создавать внутренние напряжения.Явление вызванного температурой развития внутреннего напряжения в элементах надстройки побудило Американскую ассоциацию государственных служащих автомобильных дорог и транспорта (AASHTO) включить положения для определения влияния температурной нагрузки надстройки. Однако мало внимания уделялось явной количественной оценке влияния термических напряжений на системы фундамента, такие как опоры промежуточных мостов. Цель этого исследования — оснастить многопролетный интегральный опорный мостик с устройствами контроля температуры и реакции моста, и, в конечном итоге, провести сравнительный анализ измерений температурного давления почвы с давлениями, полученными с использованием проектных положений AASHTO.Соответственно, мост Нью-Траммел-Крик (002B00054N) вдоль KY-100 в округе Аллен, Кентукки, был оборудован приборами измерения температуры и чувствительности. Данные постоянно собираются с сайта моста с мая 2011 года, и их можно просмотреть по адресу: http://www.ktc.uky.edu/kytc/RemoteBridgeMonitoringInKY/ky100Allen.html. В исследование включено подробное аналитическое исследование моста Нью-Траммел-Крик, выполненное одновременно с программой полевого мониторинга. Моделирование методом конечных элементов (КЭ) и анализ температурных нагрузок на мост указали на обеспечение температуры надстройки AASHTO как на предпочтительный метод.Также называемый методом B, положения AASHTO привели к адекватному определению размеров элементов фундамента моста.

Номер отчета

КТС-15-14 / СПР10-408-1Ф

Цифровой идентификатор объекта

http://dx.doi.org/10.13023/KTC.RR.2015.14

Ссылка из репозитория

Чжу, Чжихуэй; Дэвидсон, Майкл Т .; Харик, Иссам Э .; и Сан, Чарли, «Влияние тепловых нагрузок на каркасные конструкции: новый мост Траммел-Крик на KY-100 в округе Аллен, Кентукки» (2015). Отчет об исследовании транспортного центра Кентукки . 1491.
https://uknowledge.uky.edu/ktc_researchreports/1491

Влияние усадки и термических нагрузок фиксирующего композита на распределение напряжений в керамогранитных винирах

Постановка проблемы: Циклическая термическая усталость продемонстрировала значительное влияние толщины фиксирующего композита и керамики на склонность к растрескиванию фарфоровых ламинатов.

Цель: Это исследование было проведено для определения потенциально вовлеченных параметров развития трещин в керамических ламинатах, прикрепленных к зубам. Моделирование методом конечных элементов использовалось для оценки соответствующих эффектов усадки фиксирующего композита и значительных тепловых изменений.

Материал и методы: Щечно-язычный разрез резца верхней челюсти был оцифрован и использован в качестве шаблона для создания единой двухмерной сетки, включающей все различные реставрационные конструкции.Усадку фиксирующего композита моделировали при базовой температуре 20 ° C. Эффект термических нагрузок от 20 ° C до 5 ° C и от 20 ° C до 50 ° C оценивался с учетом и без ранее существовавшей усадки композита.

Полученные результаты: Усадка фиксирующего композита сама по себе создает значительные сжимающие силы на керамике либо на поверхности реставрации, либо на границе раздела.Интенсивность сжатия зависела от геометрии и соотношения толщин керамического и фиксирующего композита (CER / CPR). Более низкие отношения приводят к более высоким силам сжатия в керамике. Когда термические нагрузки были объединены с усилиями усадки композитного материала, картина напряжений была значительно изменена только для экспериментальных условий с самым низким соотношением CER / CPR. Повышение температуры снижает сжимающие напряжения и усиливает растягивающие напряжения. Тепловые нагрузки моделировались отдельно (ситуация «идеального безусадочного» фиксирующего композита) и вызывали в керамике в основном растягивающие напряжения, интенсивность которых снова модулировалась соотношением CER / CPR и локальной геометрией композита и керамики.Из-за хрупкости керамики эти растягивающие силы были более пагубными, чем сильное сжатие, создаваемое одной только усадкой композита. На картину напряжения повлияла не длина режущего края винира, а толщина керамики. Худший результат, сделанный с усадочным фиксирующим агентом (500 микром фиксирующего композита, самое низкое отношение CER / CPR, 5 градусов C), был намного менее вредным, чем худший рекорд, сделанный с гипотетическим «безусадочным» фиксирующим материалом.

Выводы: Соотношение толщины цемента и фиксирующего композита, по-видимому, оказывает существенное влияние на распределение напряжений в ламинатах из керамогранита.Слишком тонкие реставрации в сочетании с плохой внутренней посадкой привели к более высоким напряжениям как на поверхности, так и на границе раздела реставрации. Из-за своего предварительно сжатого состояния, обусловленного усадкой композита, керамика лучше справляется с растягивающими силами, вызванными температурой.

Расчет и определение тепловой нагрузки на отопление: методики расчета, вывод

Факторы, влияющие на тепловую нагрузку

Распределение тепловой нагрузки

Методики расчета

Вывод

Энергетическое образование

1. Классификация тепловой нагрузки

Расчет тепловой нагрузки отопления здания. Определяем потери

Определение тепловой нагрузки

Как рассчитать нагрузку?

Формулы расчёта

Применение поправочного числового множителя

На что обратить внимание при расчётах

Средняя тепловая нагрузка

Расчёт тепловой нагрузки ГВС

расчет часовых и годовых показателей

Зачем нужно знать этот параметр

Выбор методики расчета

Простые способы вычисления тепловой нагрузки

Зависимость мощности отопления от площади

Укрупненный расчет тепловой нагрузки здания

Точные расчеты тепловой нагрузки

Расчет по стенам и окнам

Расчет по вентиляции

Расчет тепловой нагрузки на отопление

Расчет тепловой нагрузки на отопление

Тепловые нагрузки — определение и характеристики

Основные характеристики

Что включают в расчет нагрузок

Особенности расчета тепловой нагрузки

Методы определения тепловых нагрузок

Виды тепловых нагрузок

Регуляторы тепловых нагрузок

Комплексный расчет

Заключение по теме

Тепловое потребление классификация тепловых нагрузок

Сезонная нагрузка Отопление

Тепловые нагрузки — обзор

11.3 Применение конечно-элементных моделей для оценки эскалации, вызванной пожаром

Напряжения тепловых нагрузок

2.4 Тепловые нагрузки — BPAC

Внешние тепловые нагрузки

Внутренняя тепловая нагрузка

Использование энергии для удовлетворения нагрузок на отопление и охлаждение

Точки баланса

Термическая нагрузка — структурный анализ — Добро пожаловать в LS-DYNA Примеры

Тепловые нагрузки

Тепловые нагрузки

Новый мост Траммел-Крик на «Чжихуэй Чжу, Майкл Т. Дэвидсон и др.

Абстрактные

Номер отчета

Цифровой идентификатор объекта

Ссылка из репозитория

Влияние усадки и термических нагрузок фиксирующего композита на распределение напряжений в керамогранитных винирах

Добавить комментарий Отменить ответ