11. Тепловой баланс помещений.

Расчет теплового баланса помещения

Составление теплового и влажностного баланса для кондиционируемого помещения производится общеизвестными методами, принятыми в отопительно-вентиляционной технике. Здесь должны быть учтены все факторы, влияющие на изменение состояния воздушной среды помещения.

Для составления теплового баланса помещения необходимо определить все поступления и потери тепла в помещении.

В помещениях различного назначения действуют две основные категории тепловых нагрузок:

• тепловые нагрузки, возникающие снаружи помещения (наружные)

• тепловые нагрузки, возникающие внутри зданий (внутренние)

Наружные тепловые нагрузки представлены следующими составляющими:

• теплопоступления или теплопотери в результате разности температур снаружи и внутри здания через стены, потолки, полы, окна и двери. Разность температур снаружи здания и внутри него летом является положительной, в результате чего имеет место приток тепла снаружи во внутрь помещения; и наоборот - зимой эта разность является отрицательной и направление потока тепла меняется

• теплопоступления от солнечного излучения через застекленные площади; данная нагрузка проявляется в форме ощущаемого тепла; солнечное излучение всегда создает положительную нагрузку как летом, так и зимой. Летом эта нагрузка должна быть компенсирована, а зимой она незначительная и интегрируется с теплом, вырабатываемым установкой искусственного климата

• наружный вентиляционный воздух и проникающий в помещения воздух (за счет инфильтрации) может иметь также различные свойства, которые, однако, почти всегда контрастируют с метеорологическими требованиями помещений: летом горячий и влажный (в некоторых широтах наоборот - сухой) наружный воздух существенно влияет на работу установки, охлаждающей и осушающей воздух; зимой холодный и сухой (или наоборот - влажный) наружный воздух должен быть подогрет и увлажнен. И только в промежуточный период между двумя этими временами года наружный воздух может в какой-то мере быть использован в форме бесплатного охлаждения помещений

Следует отметить, что наружные тепловые нагрузки могут обладать различными свойствами, то есть могут быть положительными и отрицательными в зависимости от времени года и времени суток. Внутренние тепловые нагрузки в жилых, офисных или относящихся к сфере обслуживания помещениях слагаются в основном из:

• тепла, выделяемого людьми

• тепла, выделяемого лампами и осветительными приборами, электробытовыми приборами: холодильниками, плитами и т. д. (в жилых помещениях)

• тепла, выделяемого работающими приборами и оборудованием: компьютерами, печатающими устройствами, фотокопировальными машинами и пр. (в офисных и других помещениях

В производственных и технологических помещениях различного назначения дополнительными источниками тепловыделений могут быть:

• нагретое производственное оборудование

• горячие материалы, в том числе жидкости и различного рода полуфабрикаты

• продукты сгорания и химических реакций

Все перечисленные внутренние тепловые нагрузки являются всегда положительными, и поэтому в летний период они должны быть устранены, а зимой за их счет снижается нагрузка на установки обогрева.

Поступления теплоты и влаги в помещения.

При составлении теплового и влажностного балансов помещения учитывают:

1) поступления теплоты от производственного оборудовании, электродвигателей, искусственного освещения, отопительных приборов, а также поступление (удаление) теплоты от нагретых (охлаждённых) материалов или полуфабрикатов и от химических реакций;

2) выделение теплоты и влаги людьми;

3) поступления (потери) теплоты через внешние и внутренние ограждения;

4) поступления теплоты солнечной радиации через ограждения;

5) выделение или поглощение влаги, что во многих случаях сопровождается поглощением или выделением теплоты.

Поступления теплоты в помещения:

А) Тепловыделения от электродвигателей и при переходе механической энергии в тепловую.

Б) Тепловыделения от оборудования и материалов.

В) Тепловыделения от искусственного освещения.

Г) Выделение теплоты и влаги людьми.

Д) Поступления теплоты с инфильтрующимся воздухом.

Е) Поступления теплоты через внутренние ограждения.

Ж) Поступления теплоты через заполнение световых проёмов.

З) Поступления теплоты через массивные наружные ограждения.

Поступления влаги в помещения:

А) Влага испаряющаяся в воздух помещения с открыто расположенной поверхности некипящей воды.

Б) Вода испаряющаяся с мокрых поверхностей ограждений здания и оборудования.

В) Вода испаряющаяся со смоченной поверхности пола.

Д) Вода испаряющаяся с мокрой поверхности пола, на котором она находилась длительное время.

Е) Испарение влаги с влажных поверхностей материалов и изделий.

Ж) Влаговыделения через неплотности в оборудовании и коммуникациях.

З) Пары вода образующиеся при сжигании газов.

И) Влага испарающаяся при с поверхности кипящей воды.

К) Влаговыделения от человека.

На основе этих данных составляются тепловой и влажностный баланс помещения.

Тепловой баланс помещения составляется отдельно для каждого периода года:

Qизб=Qтв–Qогр–Qинф–Qтп+Qрад,

где Qизб– избыточное выделение внутри помещений; Qрад– тепловыделения за счёт солнечной радиации, учитываются только для тёплого периода года; Qинф– теплопотери на инфильтрацию; Qтп– теплопотери на нагрев транспортынх средств (конвейеров) и нагрев сырья и материалов; Qтв– тепловыделения внутри помещений, к которым относятся: солнечная радиация и т.д.

Расчёт влажностоного баланса в помещении:

Wизб=Wвыд–Wпог, где Wвыд и Wпог – суммарные количества выделенной и поглащённой влаги.

Тепловой баланс здания Q_ЗД рассчитывается по выражениям (1.3) и (1.4). Для определения расчетных суммарных потерь теплоты отапливаемых помещений Q₄ необходимо предварительно выбрать тип системы отопления, а также уровень и способ регулирования системы отопления, что позволит задаться значением коэффициента η₁ входящего в выражение (1.4).

Тепловая расчетная нагрузка помещения соответствует величине рас­четных суммарных потерь теплоты помещения Q₄.

Расчетные потери теплоты отапливаемого здания Q_зд, Вт, определяют­ся суммой потерь теплоты отапливаемых помещений

Q_ЗД=ΣQ₄ (1-3)

где (Q₄- расчетные суммарные потери теплоты отапливаемого помещения (тепловая нагрузка помещения), Вт.

Дня расчета суммарных потерь теплоты каждого отапливаемого поме­щения предварительно необходимо:

1. выявить значения сопротивления теплопередачи для всех наружных ограждений, а также для внутренних, разделяющих помещения с разностью расчетных температур между ними 3°С и более;

2. вычертить, планы этажей, подвала, чердака, разрезы здания в мас­штабе 1:100;

3. пронумеровать отапливаемые помещения. Как правило, нумерация производится, начиная с угловых комнат по ходу часовой стрелки (для пер- ного этажа с №101, для второго - с №201 и т.д.). Лестничные клетки обо­значаются буквами.

Помещения, не имеющие вертикальных наружных ограждений, можно не нумеровать, так как в таких помещениях не устанавливаются отопитель­ные приборы. Теплопотери таких помещений (через полы или потолок) в этом случае следует добавить к теплопотерям помещений, отопительные приборы которых отапливают эти помещения.

Значения Q₄ для каждого отапливаемого помещения определяются из те­плового баланса отдельно рассчитываемых составляющих

Q₄= ΣQ+ Q_i- Q_h(1- η₁) (1.4)

где Q - основные и добавочные потери теплоты через отдельные ограж­дающие конструкции помещения, Вт;

Qi - расход теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воз­духа через ограждающие конструкции помещения, Вт; Q_h - суммарный тепловой поток, регулярно поступающий в помещения здания от электрических приборов, освещения, технологического обо­рудования, коммуникаций, материалов, людей и других источников , Вт;

η₁- коэффициент, принимаемый в зависимости от способа регулиро­вания системы отопления по таблице 1.1.

Коэффициент η₁, принимаемый в зависимости от способа регулирования системы отопления

Система отопления и способ регулирования		П1
1.	Электроотопление с индивидуальным регулированием		0,85
2.	Водяное отопление с индивидуальными автоматическими терморегу­ляторами у отопительных приборов		0,80
3.	Водяное отопление с местным регулированием по температуре внут­реннего воздуха помещения - представителя		0,60
4.	Водяное отопление с местной системой регулирования по температуре наружного воздуха («следящая система регулирования»)		0,40
5.	Водяное отопление без регулирования, печное отопление без регули­рования		0,20