Расчет систем обогрева : Проектирование систем ОВиК : Проектировщику. Материалы журнала "Мир климата" : Самоподготовка : АНО ДПО «УКЦ «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА»

Расчет систем обогрева

Для того, чтобы выбрать оборудование для конкретного объекта, необходимо рассчитать тепловые потери. Мощность оборудования должна быть не меньше величины чистых тепловых потерь. Тип оборудования подбирается исходя из следующих условий: экономическое обоснование (затраты энергопотребления), вида обогревательной системы, паспортных данных на конкретный тип и лабораторных исследований (желательно).

Все приведенные ниже вспомогательные таблицы помогут в расчетах, а сводная таблица для расчета поможет собрать необходимые параметры объекта.

Тепловые потери.

Существуют два вида тепловых потерь из здания: потери путем теплопроводности через стены, потолок, окна, двери и пол и потери через систему вентиляции.

Потери путем теплопроводности:

Pт = k * F * (tкомн. — tmin), где

к — коэффициент теплопередачи через данную ограждающую поверхность, Вт/м2 .°C;

F — площадь данной поверхности, м2;

tкомн. — температура воздуха в помещении, °C;

tmin — наиболее низкая температура наружного воздуха для данной местности, °C.

Суммируя тепловые потери через каждую из ограждающих поверхностей мы получаем полные теплопотери путем теплопроводности (Pполн ).

Потери через вентиляцию:

Pв = q * c * r * (tкомн.-tmin), где

q — поступление наружного воздуха, м3/с;

с — удельная теплоемкость воздуха, Дж/кг . °C;

к — плотность воздуха, кг/м3;

а — коэфиициент утилизации тепла. Вносится в правую

часть уравнения в виде (1-а) в случае действующей системы утилизации тепла (0

Коэффициенты теплопроводности могут быть найдены из таблиц и диаграмм или рассчитаны, если известны конструкционные материалы.

Общие тепловые потери рассчитываются как:

Р = Pполн + Pв

Величина чистых тепловых потерь:

P = Pобщ — Qвнутр, где

Qвнутр. — мощность внутренних источников тепловыделения.

Мощность обогревательного оборудования должна быть не меньше величины чистых тепловых потерь.

Энергопотребление.

Аналогично расчетам тепловых потерь затраты энергии расчитываются для каждого вида ограждающих конструкций и вентиляции для дневного и ночного режимов.Энергопот-ребление представляет собой произведение потребляемой мощности на продолжительность работы.

Поскольку текущая потребляемая мощность будет изменяться от 0 до Pмакс в зависимости от погодных факторов, расчет производится по осред-ненной величине мощности, которая вычисляется по формуле:

P = k * F * (tкомн. — tср., где

k, F и tкомн. — те же величины, что и при расчете тепловых потерь;

tср — среднегодовая температура.

Таким образом, потребление энергии составит:

Е = Р * m, где

m = [(часы/24) * (дни/7) * 8760 ] — продолжительность работы системы обогрева (час/ год).

Таким образом чистое энергопотребление составит:

Еобщ = Е + Евент — Евнутр, где

вклад вентиляции (Евент) и внутренних источников (Евнутр) рассчитываются аналогично (Е).

Годовые затраты расчитываются по формуле:

Еобщ * тариф (руб/кВтчас).

Таблицы и диаграммы для расчетов.

Основные переменные для расчета электрических параметров.

U — рабочее напряжение, В: для пост. тока и однофазного переменного тока между двумя проводниками, для 3-фазного переменного тока между двумя фазами (не между фазой и нейтралью).

Uф- напряжение между фазой и нейтралью для трех-фазной сети.

3= 1,73

I — сила тока, А

Iф — фазовая сила тока, А

R — сопротивление, Ом

Р — мощность, Вт.

Классы защиты для электрических материалов

IP, первая цифра Защита от проникновения твердых посторонних частиц
0 (без защиты)
1 диаметр > 50 мм
2 диаметр > 12,5 мм
3 диаметр > 2,5 мм
4 диаметр > 1,0 мм
5 пылезащищенное
6 пыленепроницаемое
 
IP, вторая цифра Защита от проникновения воды
0 (без защиты)
1 падающие вертикально капли
2 падающие капли (15°наклон)
3 водяная пыль
4 брызги
5 струи
6 мощные струи
7 временное погружение
8 постоянное погружение

Выбор кабелей и проводов

Подводящий кабель открытый или в трубе Соединительный кабель
Площадь, мм2 Предохранитель, А Площадь мм2 Предохранитель, A Рабочий ток, A
1,5 10 0,75 6 10
2,5 16 1 10 10
4 20      
6 25 1,5 16 16
10 35 2,5 25 20
16 63 4 32 25
25 80 6 40 35
35 100 10 63 63
50 125      
70 160      
95 200      
120 250      
150 250      
185 315      
240 315      
300 400      
400 500      

Справочная таблица
Сила тока при различных мощностях и напряжениях

Мощность кВт Напряжение
127/1 230/1 400/1 230/3 400/3 500/3
1,0 7,85 4,34 2,50 2,51 1,46 1,16
1,1 8,65 4,78 2,75 2,76 1,59 1,27
1,2 9,45 5,22 3,00 3,02 1,73 1,39
1,3 10,2 5,65 3,25 3,27 1,88 1,50
1,4 11,0 6,09 3,50 3,52 2,02 1,62
1,5 11,8 6,52 3,75 3,77 2,17 1,73
1,6 12,6 6,96 4,00 4,02 2,31 1,85
1,7 13,4 7,39 4,25 4,27 2,46 1,96
1,8 14,2 7,83 4,50 4,52 2,60 2,08
1,9 15,0 8,26 4,75 4,78 2,75 2,20
2,0 15,8 8,70 5,00 5,03 2,89 2,31
2,2 17,3 9,67 5,50 5,53 3,18 2,54
2,3 18,1 10,0 5,75 5,78 3,32 2,66
2,4 18,9 10,4 6,00 6,03 3,47 2,77
2,6 20,5 11,3 6,50 6,53 3,76 3,01
2,8 22,0 12,2 7,00 7,03 4,05 3,24
3,0 23,6 13,0 7,50 7,54 4,34 3,47
3,2 25,2 13,9 8,00 8,04 4,62 3,70
3,4 26,8 14,8 8,50 8,54 4,91 3,93
3,6 28,4 15,7 9,00 0,05 5,20 4,15
3,8 29,9 16,5 9,50 9,55 5,49 4,39
4,0 31,15 17,4 10,0 10,05 5,78 4,62
4,5 35,4 19,6 11,25 11,31 6,50 5,20
5,0 39,4 21,7 12,50 12,57 7,23 5,78
5,5 43,3 23,9 13,75 13,82 7,95 6,36
6,0 47,3 26,1 15,0 15,1 8,67 6,94
6,5 51,2 28,3 16,25 16,3 9,39 7,51
7,0 55,0 30,4 17,50 1 /,6 10,1 8,09
7,5 59,0 32,6 18,75 18,8 10,8 8,67
8,0 63,0 34,8 20,0 20,1 11,6 9,25
8,5 67,0 37,0 21,25 21,4 12,3 9,83
9,0 71,0 39,1 22,5 22,6 13,0 10,4
9,5 75,0 41,3 23,75 23,9 13,7 11,0
10,0 78,5 43,5 25,0 25,1 14,5 11,6

Для мощностей от 0,1 до 1кВт значение силы тока следует умножать на 0,1. Для мощностей от 10 до 100 кВт значение силы тока следует умножать на 10

Эквиваленты энергии

Объем и среда Энергоемкость [МВт.час]
1 м3 нефти 8,0
1 нм3 жидкого пропана 0,022
1 нм3 природного газа 0,009
1 нм3 газа 0,004
1 кг газоль пропана 0,087
1 кг природного газа 0,007
1 кг городского газа 0,003

Материал Значение k [Вт/м2.°C]
СТЕНЫ  
1 кирпич 12 см 1,8
1 + 1/2 кирпич 18 см 1,1
Блок из легкого бетона 20 см 0,8
Блок из легкого бетона 30 см 0,6
Бетон 15 см 2,8
Бетон с 5 см изоляцией 0,8
Бетон с 10 см изоляцией 0,4
Стена с обивкой 5 см изоляцией 0,8
Стена с обивкой 10 см изоляцией 0,4
Стена с обивкой 15 см изоляцией 0,3
Конструкции 0,3
КРЫША  
Бетон 15 см 2,8
Бетон с 5 см изоляцией 0,8
Бетон с 10 см изоляцией 0,4
Легкий бетон 20 см 0,8
Легкий бетон 30 см 0,6
Стальной лист без изоляции 4,0
Стальной лист с 5 см изоляцией 0,8
Стальной лист с 10 см изоляцией 0,6
Стальной лист с 25 см изоляцией 0,2
Новое здание 0,2
ОКНА  
1 -стекло 5,0
2-стекло 3,0
3-стекло 2,0
3-стекло изолированное 1,8


Климатические данные для России и соседних государств

Место Среднегодовая температура воздуха, 0C Среднегодовая скорость ветра на высоте 10 м, м/с
Санкт-Петербург и область 4,4 3,6
Нижегородская область 4,3
Москва и область 4,9
Центрально-Черноземный район 6,1 4,0
Татарстан 4,0
Пензенская область 5,0
Астраханская область 9,9
Краснодарский край 10,2
Дагестан 8,1
Свердловская область 1,2
Челябинская область 2,2
Оренбургская область 4,4
Омская область 1,3 3,8
Томская область -0,6 3,0
Новосибирская область 1,0
Кемеровская область 0,8
Алтайский край 2,6
Читинская область -3,7
Чукотка -9,3 4,1
Камчатка -1,2 4,4
Киевская область 7,6
Прибалтийские республики 6,2 5,0
Закавказский район 7,9
Узбекистан 11,3
Туркменистан 13,1
Киргизия 6,6
Таджикистан 8,7
Казахстан 6,0 4,1
Белорусия 6,3 3,4
Молдавия 8,9 3,9


Внутренние источники тепла

Рабочее место Пол, Вт/м2 Вт/чел
Магазин 15  
Кафетерий 15  
Офис 10-20 200
Спортзал 10  
Булочная 30  
Горячий цех 50-70  
Гараж 15  
Мастерская 20  
Машиностроительный завод 50  
Сварочная мастерская 25  


Объем подаваемого воздуха.

Следующая формула может быть использована для расчета объема подаваемого воздуха:
Q = q * Fпола * 3,6 или Q = n * Vздания, где
q — объем воздуха [литр/см2]; n — кратность воздухообмена в час; Fпола — площадь поверхности пола в здании [м2];

Тип помещения л/см 2 л/с на человека Оборот/час
Магазин 5,0   4-5
Кафетерий 7,0   6,0
Общественное здание 3,0   3,0
Офис   15-20 1-2
Школа 5,0   4-5
Спортивный зал 4,0   2,0
Булочная 8,0   6,0
Слесарные помещения 40,0   10-15
Гараж 3,0   3,0
Завод 5,0   5,0
Цеха резки и сварки 5,0   5,0
Комната для курения 6,0   8,0
Комната без курения 4,0   6,0
Мин. необходимая 0,35   прибл. 0,5

Расчет коэффициентов теплопередачи.

k — характеризует теплоизоляционные свойства элементов здания. Следующее уравнение может быть использовано для расчета k:


R — термическое сопротивление [м2*°C/Вт];

R — характеризует теплоизоляционные свойства материала или элемента здания;

Rвнутр. — термическое сопротивление от воздуха в помещении к внутренней поверхности стены [м2*°C/Вт];

Rнaр. — тепловое сопротивление от наружного воздуха к наружной поверхности стены[м2*°C/Вт];

d1, d2, .dn — толщина материала [м];A,

— коэффициент теплопроводности [Вт/м*°C].


Температурные градиенты при полной мощности

Обогрев теплым воздухом 2,5°C/м
Обогрев тепловыми вентиляторами 2,5°C/м
Обогрев конвекторами 1,7°C/м
Обогрев радиаторами 1,2°C/м
Обогрев инфракрасными приборами 0,2-0,4°С/м
Обогрев пола 0,1°C/м

Термическое сопротивление R

Материал Значение R [м2.0C/Вт]
Потери на теплопередачу
внутренние и внешние
 
Rвнутр. + Rнар. 0,17
Стена подвала под землей 1-2 метра 1,0
Под полом на земле 0,7
Под полом на земле 2,0

Коэффициент теплопроводности l для различных материалов

Материал Значения l [Вт/м.0C]
Необработанный камень 2,4-3,6
Известковый песчаник
Бетон 1,7
Шлаковый бетон 0,6
Кирпич и пустотелый бетон 0,6
Цементный раствор 1,0
Плита ДСП 0,14
Штукатурка 0,22
Клееная фанера 0,13
Древесное волокно 0,08
Минеральная шерсть 0,045
Ячеистый пластик 0,04