2.1. Требуемое сопротивление теплопередаче

Сопротивление теплопередаче является наименьшим, при котором обеспечивается допустимая по санитарно-гигиеническим требованиям минимальная температура внутренней поверхности ограждения при расчетной зимней температуре наружного воздуха:

где - требуемое сопротивление теплопередаче, м²С/Вт;

n – поправочный коэффициент на расчетную разность температур, зависит от положения наружной поверхности, ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху: для наружных стен согласно 2 n=1;

t_в – расчетная температура внутреннего воздуха, С;

t_н – расчетная температура наружного воздуха, равная температуре холодной пятидневки, С;

 t^н – нормируемый температурный перепад (разность) между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены, принимаемый по табл.2 и равен 4 С;

_в – коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения, принимаемый по 2 для гладких внутренних поверхностей равным 8,7 Вт/(м²С).

Для наружной стены:

Требуемое сопротивление теплопередаче окон принимается согласно (2) в зависимости от разности температур внутреннего воздуха и средней температуры наиболее холодной пятидневки (t_в- t_н), С:

При 20-(-40) = 60С, = 0,53 м²С/Вт - Тип остекления: тройное в деревянных переплетах.

2.2. Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения

Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения принимается по табл.3 в зависимости от величины градусосуток отопительного периода В:

В = (t_в- t_оп) Z_оп , где

t_оп - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, С;

Z_оп – продолжительность отопительного периода, сут.

В = (20-(-7,2))235 = 6392°Ссут

Сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения при В= 6400°Ссут:

• стен – 3,67 м²С/Вт;

• окон – 0,57 м²С/Вт.

2.3. Определение толщины утепляющего слоя

Расчетное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции принимается равным большему из полученных значений и . Из уравнения (2) находится термическое сопротивление слоя утеплителя R_iут , по величине которого можно определить толщину утепляющего слоя конструкции:

, где (2)

R₁…R_iут …R_n – термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, определяемые как

;

_i – толщина i-го слоя, м;

_i – коэффициент теплопроводности материала i-го слоя, Вт/м²С;

_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции зимой, принимаемый по 2 для поверхностей, соприкасающихся с наружным воздухом, равным 23 Вт/ м²С.

Сопротивление воздушной прослойки примем R_вп=0,16 м²С/Вт

Для наружной стены:

R₀= 1/_в+₁/₁+₂/₂ +_3ут/₃+₄/₄+1/_н= =1/8,7+0,03/0,81+0,38/0,87+R₃+0,02/0,81+1/23

Откуда:

R₃=3,67-1/23-1/8,7-0,03/0,81-0,38/0,87-0,02/0,81=3,01 м²С/Вт

δ_4ут= R₄*₄=3,01*0,15=0,452 м=452 мм

3. Теплоустойчивость помещения

Тепловой режим помещения, как правило, нестационарный. Это связано с изменениями температуры наружного воздуха, теплоотдачи систем отопления, тепловыделений от оборудования, теплопоступлений от солнечной радиации. Нестационарность теплового режима помещений необходимо учитывать в следующих случаях:

• при аварийных отключениях систем теплоснабжения и отопления;

• при регулировании центральных систем отопления пропусками, а также при печном отоплении;

• при обосновании необходимости дежурного отопления в период между рабочими сменами;

• при учете периодических теплопоступлений от солнечной радиации.

При уменьшении теплопоступлений воздух в помещении начинает охлаждаться и его температура со временем уменьшается. Этому препятствует теплоотдача в помещение всех ранее нагретых поверхностей ограждающих конструкций, которые обладают теплоаккумулирующими свойствами.

Способность ограждающих конструкций помещения уменьшать колебания температуры внутреннего воздуха при периодических тепловых потоках называется теплоустойчивостью помещения.

Оценку теплоустойчивости помещения производят по величине амплитуды колебания температуры внутреннего воздуха. При регулировании систем центрального отопления допустимая амплитуда колебания температуры воздуха в помещении A_tв составляет ± 1,5 ^оС, при печном отоплении ± 3 ^оС. При аварийном режиме и дежурном отоплении температура внутреннего воздуха не должна опускаться ниже + 5 ^оС, а допустимая амплитуда изменения температуры внутреннего воздуха не должна превышать величину (t_в -5) / 2.

В курсовой работе необходимо определить амплитуду изменения температуры внутреннего воздуха для заданной комнаты при регулировании работы системы центрального отопления пропусками при t_н =0 ⁰С. Режим регулирования принять следующий: m = 3 часа - натоп (система отопления работает), n = 3 часа - пропуск (система отопления отключена).

Величина A_tв рассчитывается по формуле:

- коэффициент неравномерности теплоотдачи нагревательных приборов;

- максимальная теплоотдача нагревательных приборов, равная теплопотерям через наружные ограждения при температуре наружного воздуха в момент отключения отопления, Вт;

- минимальная теплоотдача нагревательных приборов, равная нулю при отключении отопления, Вт;

- средняя во времени теплоотдача нагревательных приборов, Вт;

m,n - время работы и отключения системы отопления, ч ;

- теплопоглощение внутренних поверхностей ограждающих конструкций, Вт/^оС

Коэффициенты теплопоглощения В внутренних поверхностей

ограждений в Вт/(м2°С) находятся по формуле:

- коэффициент тепловосприятия поверхности со стороны периодического теплового воздействия, Вт/(м2°С);

- коэффициент теплоусвоения этой поверхности, Вт/(м2°С).

Способ определения величины зависит от положения границы слоя резких колебаний температуры. Отметим, что слой резких колебаний - это слой, прилегающий к поверхности со стороны периодического теплового воздействия. На другой стороне его амплитуда колебания температуры составляет половину максимального значения на поверхности ограждения.

Установлено, что инерционность слоя резких колебаний численно равна единице . Здесь используется показатель инерционности D, определяемый как D = R S, где S - коэффициент теплоусвоения материала, Вт/(м2 ^оС).

Нужно иметь в виду, что коэффициент теплоусвоения материала слоя конструкции S, Вт/(м2 .оС), зависит от периода изменения теплового потока:

,

где: λ - коэффициент теплопроводности материала по условиям эксплуатации А или Б, Вт/(м °С);

c- удельная теплоемкость, Дж/(кг °С);

ρ - плотность, кг/м3;

Z - период изменения теплового потока, ч.

При использовании коэффициентов теплоусвоения материалов S24 для периода изменения теплового потока Z=24 часа по прил. 5 значения коэффициентов теплоусвоения материалов для других значений Z могут быть определены по формуле:

Если тепловая инерция первого от внутренней поверхности слоя ограждающей конструкции D₁ = R₁S₁ >1, граница слоя резких колебаний температуры находится в пределах первого слоя ограждения. В этом случае затухание колебаний температуры по толщине ограждения определяется только теплотехническими свойствами материала первого слоя и .

Если тепловая инерция первого слоя D₁ <1 , следует рассчитать тепловую инерцию второго слоя D2 = R₂S₂ и определить тепловую инерцию первых двух слоев D₁+D₂. При D₁ + D₂ >1 граница слоя резких колебаний температуры находится в пределах второго слоя конструкции и на затухание колебаний температуры оказывают влияние теплотехнические свойства материалов и первого и второго слоев. Поэтому:

Исходные данные для расчета Таблица 1

Вид ОК	Площадь  F, м2	1 слой			2 слой
ВС	9,6	0,01	0,21	3,66	0,38	0,87	10,9
ВП	18	0,01	0,21	3,66	0,1	1,86	17,9
ПЛ	22,8	0,04	0,18	4,54	0,22	2,04	19,0
ПТ	22,8	0,005	0,93	11,1	0,22	2,04	19,0
ДО	1,8	0,04	0,18	4,54	-	-	-

ВС:

R₁= = 0,048 м²С/Вт.

R₂= = 0,437 м²С/Вт.

S₁=3,66 =7,32 Вт/(м²С)

S₂=2 10,9 = 21,8 Вт/(м²С)

D₁=S₁R₁=7,32 0,048=0,349<1

D₂=S₂R₂=21,8 37=9,522

D₁+D₂=0,349+9,522=9,871>1 => граница слоя резких колебаний t находится в пределах 2 слоя

Yв= (R₁S₁²+S₂)/(1+R₁S₂)=(0,048 7б32²+21,8)/(1+0,048 21,8)=11,95 Вт/(м²С)

ВП:

R₁= = 0,048 м²С/Вт

R₂= = 0,054 м²С/Вт

S₁=3,66 =7,32 Вт/(м²С)

S₂=2 17,9 = 35,8 Вт/(м²С)

D₁=S₁R₁=0,349<1

D₂=S₂R₂=1,925

D₁+D₂=2,274>1 => граница слоя резких колебаний t находится в пределах 2 слоя

Yв = (R₁S₁²+S₂)/(1+R₁S₂)=(0,049 7,32²+35,8)/(1+0,049 35,8)=14,18 Вт/(м²С)

ПЛ:

R₁= = 0,22 м²С/Вт

R₂= = 0,092 м²С/Вт

S₁=4,54 =9,08 Вт/(м²С)

D₁=S₁R₁=2,0>1

Yв = S₁ =9,08 Вт/(м²С)

ПТ:

R₁= = 0,005 м²С/Вт

R₂= = 0,11 м²С/Вт

S₁=11,1 =22,2 Вт/(м²С)

S₂=2 19 = 38 Вт/(м²С)

D₁=S₁R₁=0,119<1

D₂=S₂R₂=4,098

D₁+D₂=4,217>1 => граница слоя резких колебаний t находится в пределах 2 слоя

Yв = (R₁S₁²+S₂)/(1+R₁S₂)=(0,005 22,2²+38)/(1+0,005 38)=33,76 Вт/(м²С)

ДО:

R₁= = 0,22 м²С/Вт

S₁=4,54 =9,08 Вт/(м²С)

D₁=S₁R₁=2,02>1

Yв = S₁ =9,08 Вт/(м²С)

Результаты расчета теплопоглощения Таблица 2

ВС	0,349	11,95	5,03	48,3
ВП	0,349	14,18	5,39	97,0
ПЛ	2,02	9,08	4,44	101,2
ПТ	0,119	33,76	6,92	157,8
ДО	2,02	9,08	4,44	8,0

∑BF=412,3 Вт/^оС

F_ок=1,8*1,8+1,8*1,5=5,94 м²

F_нс=6*3-6*3,8-5,94=34,86 м²

Q_мак=(F_ок/R_о^ок+F_нс/R_о^нс) (t_в-t_н)=(5,94/0,53+34,86/3,67) (20+40)=1242 Вт

Q_ср=(3 1242+0)/(3+3)= 621 Вт

М=(12423-0)/(2 621)= 1

A_tв=0,7 1 621/412,3= 0,38 ^oC,

Вывод: A_tв= ^oC, A_tв (допустимое) = 1,5^оC, следовательно данный режим отопления можно применять.