Стандартные тепловые потери через свето-прозрачные конструкции.
Выявлены незначительные участки выхода наружу (эксфильтрации) теплого воздуха из внутренних помещений здания в районе примыкания рамы окна к стене.
В целом, по результатам обследования можно сделать заключение о уровне тепловой защиты ограждающих конструкций здания, соответствующего нормативным требованиям.
На основании анализа данного отчета, проектной документации на здание и конструктивных решений обследуемого объекта выполнить работы по дополнительной герметизации участков нарушения теплоизоляционных характеристик ограждающих конструкций зданий.
2.4 Определение теплопотерь здания
Расчетные теплопотери здания определяют из уравнения теплового баланса помещений по формуле (2.7), согласно Р НП «АВОК» 2.3 2012 [9]:
, ,
где сумма трансмиссионных теплопотерь через теплотеряющие ограждения помещения [9], ;
большая из величин потребности в теплоте на нагрев инфильтрационного воздуха или вентиляционной нормы наружного воздуха,[9], ;
внутренние теплопоступления в помещение,[9], .
.
Результаты вычисления сводятся в таблицу П1.1 приложение 1.
Расчет теплопотерь теплопередачей через ограждающие конструкции
Согласно [9], основные потери теплоты теплопередачей и добавочные потери теплоты следует определять по формуле (2.8):
, ,
где - коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, ;
- площадь теплотеряющей конструкции, ;
коэффициент, учитывающий величину добавок.
Добавочные теплопотери принимают на ориентацию ограждений по сторонам горизонта, согласно [3]:
- для ограждений, обращенных на север (С); восток (В); северо-восток (СВ) и северо-запад (СЗ) - в размере 0,1;
- юго-восток (ЮВ) и запад (З) - 0,05;
--в угловых помещениях дополнительно по 0,05 на каждое ограждение, если одно из ограждений обращено на С, В, СВ, СЗ и по 0,1 в других случаях (т.е. ЮВ и З).
В жилых помещениях, разрабатываемых для типового проектирования, через все ограждения, обращенные на любую из сторон света в размере 0,13.
Добавка к потерям через наружные двери (на врывание наружного воздуха), не оборудованные воздушными завесами при высоте зданий H, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза в размере:
0,27H - для двойных дверей с тамбуром между ними;
При определении теплопотерь расчетный коэффициент теплопередачи окон определяется как разность между их действительным значением и коэффициентом теплопередачи стен, так как площадь окон не вычитается из площади стен при определении потерь теплоты через них.
2.4.2 Расчет потерь на нагревание инфильтрующегося воздуха
Потери теплоты происходят вследствие поступления наружного холодного воздуха в помещение через неплотности ограждающих конструкций, т.е. путем инфильтрации, в первую очередь через окна, двери, ворота, стены).
Потери теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха необходимо определять, учитывая два вида поступлений воздуха в помещения:
1. Потери через неплотности в наружных ограждениях в результате действия теплового и ветрового давления,;
2. Потери вследствие дисбаланса между нормируемыми величинами воздухообмена по притоку и вытяжке , .
За расчетные потери теплоты на инфильтрацию наружного воздуха следует принимать большее из полученных значений и .
«Потери теплоты на нагревание инфильтрующегося через ограждающие конструкции наружного воздуха , ». В результате действия теплового и ветрового давления через поры и не плотности в наружных ограждениях происходит просачивание холодного наружного воздуха внутрь помещения (инфильтрация). Определяются по формуле (2.9):
, ,
где удельный расход инфильтрационного воздуха через воздухопроницаемый элемент, здания (удельная масса воздуха, поступающего в помещения путем инфильтрации через окон и балконных дверей), ;
удельная теплоемкость воздуха, (принимают );
площадь i-го воздухопроницаемого элемента, ;
коэффициент учета влияния встречного теплового потока в воздухопроницаемых элементах, принимают согласно [9].
Удельный расход инфильтрационного воздуха , через воздухопроницаемый элемент здания, рассчитывают по формулам (2.10) и (2.11)
Через окна витражи, балконные двери по формуле (2.10):
, ,
через входные наружные двери, ворота по формуле, (2.11):
,,
где приведенное сопротивление воздухопроницанию окон, витражи, витрин, зенитных фонарей, балконных дверей, при , принимается;
приведенное сопротивление воздухопроницанию выходных наружных дверей и ворот принимается согласно [9].
расчетная разность давлений наружного и внутреннего воздуха для воздухопроницаемых элементов, .
Расчетную разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, , складываемую из гравитационного и ветрового давлений с учетом давления внутреннего воздуха, при расчетных температурах наружного и внутреннего воздуха и скорости ветра определяют по формуле (2.12):
, ,
где - высота здания, ;
- высота от пола нижнего входа в здание до центра рассматриваемого воздухопроницаемого элемента, м;
- расчетная скорость воздуха, ;
- коэффициент, учитывающий изменение динамических свойств ветра (ветрового давления) в застройке, принимают согласно таблица 1 [9];
- аэродинамические коэффициенты соответственно на наветренной и заветренной фасадах, принимается согласно [9];
давление внутреннего воздуха, определяется по формуле (2.13):
,- удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, определяются по формулам (2.14), (2.15):
, ,
, ,
, ,
Расчет внутренних бытовых тепловыделений
В жилых зданиях тепловой поток, , поступающий в помещение от электрических приборов, освещения, людей и др. источников, допускается определять , согласно учебник Староверов [10] по формуле (2.16):
, ,
где площадь отапливаемого помещения .
Потребность в теплоте на нагрев вентиляционной нормы наружного воздуха
В общественных зданиях вентиляционный расход воздуха м3/ч определяют согласно таблице 7.2, таблице 7.3 СП 118 [3] и таблице 3 СТО НП «АВОК» 2.1-2008 [11]. Данную величину обеспечивают, как правило, механической приточной вентиляцией или системой кондиционирования воздуха и в расчетную тепловую нагрузку на систему отопления не включают. В помещениях, в которых отсутствует механическая приточная вентиляция с подогревом, приток осуществляют за счет инфильтрации и проветривания в объемах, указанных в СП 50.13330.2012 [4], а потребность в теплоте на нагрев наружного воздуха учитывают в теплопотерях, компенсируемых системой водяного отопления.
Потребность в теплоте на нагрев вентиляционной нормы наружного воздуха, определяется по формуле:
, ,
где плотность внутреннего воздуха определяется по формуле:
, .
Так как потребность в теплоте на нагрев вентиляционной нормы наружного воздуха больше потерь на нагревание инфильтрующегося воздуха формула (2.7) примет вид:
, ,
.
3. РАСЧЕТ НАГРЕВА ПРИТОЧНОГО ВОЗДУХА В УСТАНОВКЕ УТИЛИЗАЦИИ ВЫБОСНОГО ВОЗДУХА
Наиболее энергетически рациональным путём обеспечения устойчивого тепловоздушного режима с точки зрения снижения расходов тепловой энергии на круглогодовое функционирование зданий является применение в качестве системы отопления и вентиляции приточно-вытяжной системы с утилизацией теплоты вытяжного воздуха [11].
Цель работы состоит в расчете приточно-вытяжной системы с утилизацией теплоты вытяжного воздуха.
Задачами работы является: 1) произвести конструкторский и поверочный расчеты теплообменников в приточно-вытяжной системе с промежуточным теплоносителем в виде антифриза (в блоке утилизации теплоты вытяжного воздуха) и в виде воды (в блоке догрева приточного воздуха по известной методике [1-6]; 2) составить программу режимного расчета на весь диапазон температурного к.п.д. с учетом верхних и нижних срезок и метода регулирования (количественное / качественное / обводом воздуха/без регулирования) по методике [7].
Применяемые компьютерные программы и методы. Автоматизация расчета производится в программе «MS Excel» (приложение 2). Методика инженерного расчета.
Принципиальная схема рассматриваемой приточно-вытяжная система с утилизацией теплоты вытяжного воздуха представлена в [13, стр. 2].
3.1 Расчетная схема
Приточно-вытяжная система с утилизацией теплоты вытяжного воздуха организована таким образом [2, страницы 1-3], что выбрасываемый из помещения воздух отдает теплоту холодному, поступающему из вне (Рисунок 3.1). Теплота вытяжного воздуха передаётся приточному воздуху с помощью промежуточного теплоносителя в виде антифриза. После отепления антифризом приточный воздух нагревается горячей водой и поступает в помещение с необходимой для поддержания микроклимата температурой. На рисунке 3.1 представлена расчетная схема приточно-вытяжной системы с утилизацией теплоты вытяжного воздуха. Для поддержания комфортных условий внутри помещения приточный воздух [10], нагнетаемый в помещение с расходом Lпн, отепляется в воздухонагревателе первой ступени антифризом [11] с температуры tн1 до температуры tн2 и далее подогревается в воздухонагревателе второй ступени до температуры tпн горячей водой [12], циркулирующей с расходом Gwг и температурами twг1, twг2. Утилизация теплоты вытяжного воздуха с расходом Lу с температуры tу1 до температуры tу2 происходит в воздухоохладителе антифризом, циркулирующим в замкнутом контуре с расходом Gаф и температурами tаф1, tаф2. Воздухонагреватели и воздухоохладитель представляют из себя один или несколько теплообменников в зависимости от расчета и от выбранных схем:
1) последовательно/параллельно по воздуху;
2) последовательно/параллельно по теплоносителю (антифриз/вода). Вид соединения определяют требуемыми значениями коэффициента теплопередачи и потери напора [13, страница. 22].
Рисунок 3.1 - Расчетная схема системы утилизации теплоты вытяжного воздуха на подогрев приточного наружного воздуха с насосной циркуляцией промежуточного теплоносителя - антифриза
Блок 1 - блок утилизации вытяжного воздуха; Блок 2 - блок догрева приточного воздуха; ВН1 - воздухонагреватель первой ступени «антифриз-приточный воздух»; ВО - воздухоохладитель «антифриз- вытяжной воздух»; ВН2 - воздухонагреватель второй ступени «горячая вода-приточный воздух»; н1, н2 - приточный наружный воздух соответственно на входе в ВН1 и на выходе из ВН1
Условные графические обозначения 0 выполнены в соответствии с [8,9]. Избежание замерзания выпадающей на поверхности оребренных трубок воздухоохладителя влаги, происходящей вследствие повышенного влагосодержания в вытяжном воздухе, расчет режимов утилизации проводится при достижении tу2 ? +40C и ограничении охлаждения антифриза в трубках воздухонагревателя 1 не ниже tаф2 ? - 40C [14, с. 52].
3.2 Баланс теплообмена
Между воздухонагревателем 1 и воздухоохладителем 2 («0») в установившемся режиме сохраняется следующий баланс теплообмена [3, с. 51].
В воздухоохладителе 2 количество извлекаемой теплоты из вытяжного воздуха определится по уравнению (3.1):
где Lу - объёмный расход удаляемого внутреннего воздуха, м3/ч;
Iу1, Iу2 - соответственно энтальпии (теплосодержания) удаляемого воздуха до и после теплоизвлекающего воздухоохладителя 2, кДж/кг.
су - массовая плотность удаляемого воздуха (средняя [14, с. 51], по температуре на входе в воздухоохладитель 2, кг/м3;
Gаф - массовый расход антифриза, кг/ч;
сф -теплоёмкость антифриза, кДж/(кг·0С);
tаф1, tаф2 - соответственно температура антифриза на выходе и входе в теплоизвлекающий воздухоохладитель 2, 0С.
В воздухонагревателе 1 количество переданной на нагрев приточного воздуха утилизированной теплоты из вытяжного воздуха определится по уравнению (3.2):
где Lпн - расход приточного воздуха, м3/ч;
спн - массовая плотность приточного наружного воздуха (средняя [14, с.52]), кг/м3;
ср - удельная изобарная теплоемкость наружного воздуха (по таблицам теплофизических свойств воздуха [16, таблица. 3.9]);
tн2, tн1 - температуры приточного наружного воздуха после и до теплоотдающего воздухонагревателя 1, 0С.
В условиях установившегося теплового режима правые части уравнения (3.1) и (3.2) равны и соответственно равны и левые части, следовательно (3.3):
где Lу, су, Iу1, Iу2 - тоже, что в формуле (3.1);
Lпн, спн, ср, tн2, tн1 - тоже, что в формуле (3.2).
3.3 Особенности расчета
Рассмотрим особенности расчета приточно-вытяжной системы с утилизацией теплоты вытяжного воздуха, применительно к калориферам КСк.
К исходным данным расчета относятся: 1) расходы вытяжного и приточного воздуха, 2) температура и энтальпия воздуха, поступающего из помещения в утилизационный теплообменник, 3) температура и энтальпия вытяжного воздуха, выбрасываемого в окружающую среду, 4) температуры антифриза до и после отепления приточного воздуха.
В ходе расчета определяются: 1) количество извлекаемой теплоты из вытяжного воздуха, 2) температура отепленного приточного воздуха, 3) расход антифриза, 4) удельные тепловые нагрузки на теплообменники, 5) площади поверхностей теплообменников, 6) аэродинамические и гидравлические сопротивления теплообменников, 7) расход электроэнергии, 8) показатели эффективности работы элементов системы.