С теплотехническими расчётами приходится сталкиваться владельцам частных домов, квартир или любых других объектов. Это основа основ проектирования зданий.
Понять суть этих расчётов в официальных бумагах, не так сложно, как кажется.
Для себя также можно научиться выполнять вычисления, чтобы решить, какой утеплитель применять, какой толщины он должен быть, какой мощности приобретать котёл и достаточно ли имеющихся радиаторов на данную площадь.
Ответы на эти и многие другие вопросы можно найти, если понять, что такое тепловая мощность. Формула, определение и сферы применения – читайте в статье.
Что такое тепловой расчет?
Если говорить просто, тепловой расчёт помогает точно узнать, сколько тепла хранит и теряет здание, и сколько энергии должно вырабатывать отопление, чтобы поддерживать в жилье комфортные условия.
Оценивая теплопотери и степень теплоснабжения, учитываются следующие факторы:
- Какой это объект: сколько в нём этажей, наличие угловых комнат, жилой он или производственный и т. д.
- Сколько человек будет «обитать» в здании.
- Важная деталь — это площадь остекления. И размеры кровли, стен, пола, дверей, высота потолков и т. д.
- Какова продолжительность отопительного сезона, климатические характеристики региона.
- По СНиПам определяют нормы температур, которые должны быть в помещениях.
- Толщина стен, перекрытий, выбранные теплоизоляторы и их свойства.
Могут учитываться и другие условия и особенности, например, для производственных объектов считаются рабочие и выходные дни, мощность и тип вентиляции, ориентация жилья по сторонам света и др.
Определение
- Какой параметр называется тепловой мощностью?
Это количество тепла, выделяемое или потребляемое каким-либо объектом за единицу времени.
При проектировании систем отопления расчет этого параметра необходим в двух случаях:
- Когда необходимо оценить потребность помещения в тепле для компенсации потери тепловой энергии через пол, потолок, стены и вентиляцию;
При составлении проекта нужно знать, сколько тепла теряется через стены.
- Когда нужно выяснить, сколько тепла способен отдать отопительный прибор или контур с известными характеристиками.
Для чего нужен тепловой расчет?
Как умудрялись обходиться без тепловых расчётов строители прошлого?
Сохранившиеся купеческие дома показывают, что всё делалось просто с запасом: окна поменьше, стены — потолще. Получалось тепло, но экономически не выгодно.
Теплотехнический расчёт позволяет строить наиболее оптимально. Материалов берётся ни больше — ни меньше, а ровно столько, сколько нужно. Сокращаются габариты строения и расходы на его возведение.
Вычисление точки росы позволяет строить так, чтобы материалы не портились как можно дольше.
Для определения необходимой мощности котла также не обойтись без расчётов. Суммарная мощность его складывается из затрат энергии на обогрев комнат, нагрев горячей воды для хозяйственных нужд, и способности перекрывать теплопотери от вентиляции и кондиционирования. Прибавляется запас мощности, на время пиковых холодов.
При газификации объекта требуется согласование со службами. Рассчитывается годовой расход газа на отопление и общая мощность тепловых источников в гигакалориях.
Нужны расчёты при подборе элементов отопительной системы. Обсчитывается система труб и радиаторов – можно узнать, какова должна быть их протяжённость, площадь поверхности. Учитывается потеря мощности при поворотах трубопровода, на стыках и прохождении арматуры.
При расчетах затрат тепловой энергии могут пригодиться знания, как перевести Гкал в Квт и обратно. В следующей статье подробно рассмотрена эта тема с примерами расчета.
Полный расчет теплого водяного пола приведен в этом примере.
Знаете ли вы, что количество секций радиаторов отопления не берется «с потолка»? Слишком малое их количество приведет к тому, что в доме будет холодно, а чрезмерно больше создаст жару и приведет к чрезмерной сухости воздуха. По ссылке приведены примеры правильного расчета радиаторов.
Расчет тепловой мощности: формула
Рассмотрим формулу и приведем примеры, как произвести расчет для зданий с разным коэффициентом рассеивания.
Vx(дельта)TxK= ккал/ч (тепловая мощность), где:
- Первый показатель «V» – объем рассчитываемого помещения;
- Дельта «Т» — разница температур – это та величина, которая показывает насколько градусов внутри помещения теплее, чем снаружи;
- «К» — коэффициент рассеивания (его еще называют «коэффициент пропускания тепла»). Величина берется из таблицы. Обычно цифра колеблется от 4 до 0,6.
Примерные величины коэффициента рассеивания для упрощенного расчёта
- Если это неутепленный металлопрофиль или доска то «К» будет = 3 – 4 единицы.
- Одинарная кирпичная кладка и минимальное утепление – «К» = от 2 до 3-ёх.
- Стена в два кирпича, стандартное перекрытие, окна и
- двери – «К» = от 1 до 2.
- Самый теплый вариант. Стеклопакеты, кирпичные стены с двойным утеплителем и т. п. – «К» = 0,6 – 0,9.
Более точный расчет можно произвести, высчитывая точные размеры отличающихся по свойствам поверхностей дома в м2 (окна, двери и т. д.), производя расчёт для них отдельно и складывая получившиеся показатели.
Пример расчета тепловой мощности
Возьмем некое помещение 80 м2 с высотой потолков 2,5 м и посчитаем, какой мощности котел нам потребуется для его отопления.
Вначале высчитываем кубатуру: 80 х 2,5 = 200 м3. Дом у нас утеплен, но недостаточно – коэффициент рассеивания 1,2.
Морозы бывают до -40 °C, а в помещении хочется иметь комфортные +22 градуса, разница температур (дельта «Т») получается 62 °C.
Подставляем в формулу мощности тепловых потерь цифры и перемножаем:
200 х 62 х 1,2 = 14880 ккал/ч.
Полученные килокалории переводим в киловатты, пользуясь конвертером:
- 1 кВт = 860 ккал;
- 14880 ккал = 17302,3 Вт.
Округляем в большую сторону с запасом, и понимаем, что в самый сильный мороз -40 градусов нам потребуется 18 кВт энергии в час.
Можем посчитать теплопотери в Вт на каждый м2 стен и потолка. Высота потолков известна 2,5 м. Дом 80 м2 – это может быть 8 х 10 м.
Умножаем периметр дома на высоту стен:
(8 + 10) х 2 х 2,5 = 90 м2 поверхности стены + 80 м2 потолок = 170 м2 поверхности, контактирующей с холодом. Теплопотери, высчитанные нами выше, составили 18 кВт/ч, делим поверхность дома на расчетную израсходованную энергию получаем, что 1 м2 теряет примерно 0,1 кВт или 100 Вт ежечасно при температуре на улице -40 °C, а в помещении +22 °С.
Эти данные могут стать основой для расчёта требуемой толщины утеплителя на стены.
Приведем другой пример расчета, он в некоторых моментах сложнее, но более точный.
Формула:
Q = S x (дельта)T / R:
- Q– искомая величина теплопотерь дома в Вт;
- S– площадь охлаждающих поверхностей в м2;
- T– разница температур в градусах Цельсия;
- R– тепловое сопротивление материала (м2 х К/Вт) (Метры квадратные умноженные на Кельвин и делёный на Ватт).
Итак, чтобы найти «Q» того же дома, что и в примере выше, подсчитаем площадь его поверхностей «S» (пол и окна считать не будем).
- «S» в нашем случае = 170 м2, из них 80 м2 потолок и 90 м2 — стены;
- T = 62 °С;
- R– тепловое сопротивление.
Ищем «R» по таблице тепловых сопротивлений или по формуле. Формула для расчета по коэффициенту теплопроводности такая:
R= H/ К.Т. (Н – толщина материала в метрах, К.Т. – коэффициент теплопроводности).
В этом случае, дом у нас имеет стены в два кирпича обшитые пенопластом толщиной 10 см. Потолок засыпан опилками толщиной 30 см.
Отопительную систему частного дома нужно устраивать с учетом экономии средств на энергоносители. Расчет системы отопления частного дома, а также рекомендации по выбору котлов и радиаторов — читайте внимательно.
Чем и как утеплить деревянный дом изнутри, вы узнаете, прочитав эту информацию. Выбор утеплителя и технология утепления.
Из таблицы коэффициентов теплопроводности (измеряется Вт / (м2 х К) Ватт делёный на произведение метра квадратного на Кельвин). Находим значения для каждого материала, они будут:
- кирпич — 0,67;
- пенопласт – 0,037;
- опилки – 0,065.
Подставляем данные в формулу (R= H/ К.Т.):
- R (потолка 30 см толщиной) = 0,3 / 0,065 = 4,6 (м2 х К) / Вт;
- R (кирпичной стены 50 см) = 0,5 / 0,67 = 0,7 (м2 х К) / Вт;
- R (пенопласт 10 см) = 0,1 / 0,037 = 2,7 (м2 х К) / Вт;
- R (стен) = R(кирпич) + R(пенопласт) = 0,7 + 2,7 = 3,4 (м2 х К) / Вт.
Теперь можем приступить к расчету теплопотерь «Q»:
- Q для потолка = 80 х 62 / 4,6 = 1078,2 Вт.
- Q стен = 90 х 62 / 3,4 = 1641,1 Вт.
- Остается сложить 1078,2 + 1641,1 и перевести в кВт, получается (если сразу округлить) 2,7 кВт энергии за 1 час.
Можно обратить внимание, насколько большая разница получилась в первом и втором случае, хотя объём домов и температура за окном в первом и втором случае были совершенно одинаковыми. Всё дело в степени утомлённости домов (хотя, конечно, данные могли быть и иными, если бы мы рассчитывали пол и окна).
Количество теплоты при различных физических процессах.
Большинство известных веществ могут при разных температуре и давлении находиться в твердом, жидком, газообразном или плазменном состояниях. Переход
из одного агрегатного состояния в другое
происходит при постоянной температуре
(при условии, что не меняются давление и другие параметры окружающей среды) и сопровождается поглощением или выделением тепловой энергии. Не смотря на то, что во Вселенной 99% вещества находится в состоянии плазмы, мы в этой статье не будем рассматривать это агрегатное состояние.
Рассмотрим график, представленный на рисунке. На нем изображена зависимость температуры вещества Т от количества теплоты Q , подведенного к некой закрытой системе, содержащей определенную массу какого-то конкретного вещества.
1. Твердое тело, имеющее температуру T1 , нагреваем до температуры Tпл , затрачивая на этот процесс количество теплоты равное Q1 .
2. Далее начинается процесс плавления, который происходит при постоянной температуре Тпл (температуре плавления). Для расплавления всей массы твердого тела необходимо затратить тепловой энергии в количестве Q2 — Q1 .
3. Далее жидкость, получившаяся в результате плавления твердого тела, нагреваем до температуры кипения (газообразования) Ткп , затрачивая на это количество теплоты равное Q3 — Q2 .
4. Теперь при неизменной температуре кипения Ткп жидкость кипит и испаряется, превращаясь в газ. Для перехода всей массы жидкости в газ необходимо затратить тепловую энергию в количестве Q4 — Q3 .
5. На последнем этапе происходит нагрев газа от температуры Ткп до некоторой температуры Т2 . При этом затраты количества теплоты составят Q5 — Q4 . (Если нагреем газ до температуры ионизации, то газ превратится в плазму.)
Таким образом, нагревая исходное твердое тело от температуры Т1 до температуры Т2 мы затратили тепловую энергию в количестве Q5 , переводя вещество через три агрегатных состояния.
Двигаясь в обратном направлении, мы отведем от вещества то же количество тепла Q5 , пройдя этапы конденсации, кристаллизации и остывания от температуры Т2 до температуры Т1 . Разумеется, мы рассматриваем замкнутую систему без потерь энергии во внешнюю среду.
Заметим, что возможен переход из твердого состояния в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Такой процесс именуется возгонкой, а обратный ему процесс – десублимацией.
Итак, уяснили, что процессы переходов между агрегатными состояниями вещества характеризуются потреблением энергии при неизменной температуре. При нагреве вещества, находящегося в одном неизменном агрегатном состоянии, повышается температура и также расходуется тепловая энергия.
