2.5. Создание концептуальной схемы

2.5.1. Экономия со знаком минус

При выборе той или иной конфигурации системы отопления можно исходить из целого ряда различных соображений:

Системы отопления должны обеспечивать внутри помещения заданную температуру воздуха рабочей зоны помещения.

Температуры внутренних поверхностей наружных ограждений и нагревательных приборов должны находится в приделах нормы.

Системы отопления должны обеспечивать минимум затрат по сооружению. Показателями экономичности являются также расход материала, затраты труда на изготовление и монтаж.

Системы отопления должны обеспечивать минимум затрат по эксплуатации. Экономичность системы определяется технико-экономическим анализом вариантов различных систем и применяемого оборудования.

Системы отопления должны соответствовать архитектурно-планировочному решению помещений. Размещение отопительных элементов должно быть увязано со строительными конструкциями.

Элементы систем отопления должны быть унифицированы, затраты труда на сборку минимальны.

Система отопления должна быть надежной в поддержании заданных температур воздуха.

Система отопления должна быть долговечна, безотказна, проста в регулировке, управлении и ремонте.

Система должна быть безопасной и бесшумной в работе.

Система должна обеспечивать наименьшее загрязнение вредными выделениями отапливаемые помещения и атмосферный воздух.

Выше перечисленные аспекты отопительных систем могут входить в противоречие друг с другом. При оценке того или иного принципиального варианта конструкции и принципа управления следует выбирать из двух зол меньшее.

Главной ошибкой при выборе отопительной системы, это принцип наименьшей величены разовых затрат, т.е. стоимости элементов системы. Такой подход наносит ущерб сразу всем остальным свойствам отопительной системы, а главное в итоге приводит к значительному удорожанию затрат на отопление во времени.

Пример: установка на систему с естественной конвекцией циркуляционного насоса выражается в 40-50% экономии топлива, в частности газа по счетчику. А ведь день, когда мы начнем беспокоится о стоимости топлива также как это происходит в Европе, не за горами.

Другой пример: использование металлических труб. Долговечность системы в этом случае будет определятся скоростью коррозии металла. Срок службы такой системы не составит более 30 лет в лучшем случае. После этого их надо будет менять.

Использование систем отопления радиаторами или конвекторами, которым свойственно наличие активных конвективных потоков воздуха, тоже связанно с рядом недостатков: циркуляция пыли и ее разложение, наличие очень горячих поверхностей, о которые можно обжечься, перегрев воздуха в помещении выше необходимого для достижения заданной температуры в рабочей зоне, перегрев поверхностей наружных тепловых ограждений, что еще больше увеличивает потери тепла.

Экономия на термостатической арматуре при использовании дизельного топлива приводит к тому, что стоимость перерасхода топлива за два года превысит стоимость этой арматуры. К тому же, пользователь пойдет регулировать систему в ручную только тогда, когда почувствует дискомфорт.

Установка котельного оборудования с низким тепловым коэффициентом полезного действия приводит к прямому выкидыванию денег на ветер, а от "достойного" котла при кирпичном дымоходе не получится получить достойных показателей, не говоря уже о прямом вреде, который может нанести конденсат внутренней отделке.

Существует еще немало примеров, когда система отопления из-за ложной экономии может стать прорвой для "лишних" денег.

2.5.2. Наружные ограждения и их влияние на создание концепции

Основанием для установки системы отопления является результат расчетов теплового баланса помещения. Для холодного и переходного периодов года баланс теплоты в помещении будет иметь вид: Q_TB — Q_Tn = ±AQ

Когда AQ<0 необходима система отопления

Q_TB — суммарные тепловыделения в помещении без учета теплоты солнечной радиации

Q_Tn — теплопотери помещения в холодный или переходный период года через ограждающие конструкции и на нагрев инфильтрационного воздуха.

Тепловой баланс помещения составляется при стационарном режиме при расчетных значениях температур t в — температуры внутреннего воздуха помещений, t н — температуры наружного воздуха. Однако температуры наружного воздуха имеют суточные и годовые колебания, что оказывает влияние на температуру воздуха в помещении и температуру внутренних поверхностей ограждений тв. Могут изменяться также и внутренние условия.

Колебания t н и тв зависят от тепловой массивности ограждений.

Степень массивности определяется величеной тепловой инерции D = ?R₁*S₁, где

R₁ - сопротивления теплопередаче ограждений, м2К/Вт

S₁ - коэффициенты теплоусвоения материала слоев, зависящие от свойств материала, Вт/(м2К);

На тепловое состояние ограждений влияет также воздухo и влагопроницаемость строительных материалов, в результате чего изменяется их теплофизические свойства и, следовательно, тепловой поток через ограждения.

Ограждения зданий должны обладать определенными теплозащитными свойствами и определенной степенью воздухo- и влагопроницаемости. Теплозащитные свойства ограждений определяются сопротивлением теплопередаче ограждения и его теплоустойчивостью, т.е. способностью обеспечивать допустимую амплитуду колебания температуры на внутренней поверхности ограждения при изменении теплового потока.

Сопротивление теплопередаче ограждений обычно определяет теплозащитные свойства ограждения в зимних условиях, так как в зимнее время колебания наружных температур меньше, чем в летних условиях, а внутренние температуры поддерживаются системами отопления.

Расчетное сопротивление теплопередаче R_O, м2К/Вт, должно быть не меньше требуемого сопротивления по санитарно-гигиеническим условиям R_O ? Rotp

При выполнении RoTp температура тв на внутренней поверхности ограждения должна быть не ниже допустимого значения тв.доп ,температура должна быть такой, чтобы человек, находящийся вблизи ограждения, не испытывал радиационного переохлаждения. Кроме того, на поверхности ограждения не должно быть конденсации влаги, т.е. тв должны быть выше температуры точки росы tp. Из этих соображений требуемое сопротивление теплопередаче может быть найдено из уравнения теплового потока

п - коэффициент, учитывающий положение поверхности огражденья по отношению к наружному воздуху.

R_B - сопротивление теплопередаче при переходе от воздуха помещения к внутренней поверхности ограждения, м2К/Вт

Необходимо выполнить условия

Т в> Т в.доп TB>tp

At — t в - Т _В.ДОП

Для наружных стен жилых и общественных зданий At = 6 7 С

В холодный период года оптимальная температура воздуха в помещении составляет 20-23 °С, допустимая температура воздуха 19-25 °С.

t p определяется по l,d - диаграмме воздуха.

2.5.3. Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции.

Теплопотери через ограждения подразделяются на основные и добавочные.

Основные теплопотери определяются как сумма теплопотерь через отдельные ограждающие конструкции, кВт.

kj — коэффициенты теплопередачи ограждений, Вт/(м2К); Fi — площади отдельных ограждений, м2; t Bj — температуры внутреннего воздуха помещений, К; t н — температура наружного воздуха, К;

Расчетные параметры наружного воздуха для различных регионов имеют свои значения. Для Москвы и области в холодный период года t H = -25 С.

ni — коэффициенты, зависящие от положения поверхностей к наружному воздуху; RO i - сопротивления теплопередаче ограждений, м2К/Вт

Для каждого ограждения

R_B = 1/ав - сопротивление теплопередаче при переходе от воздуха помещения к внутренней поверхности ограждения, м2К/Вт

b — толщина слоя теплового ограждения

А — коэффициент теплопроводности слоя ограждения, Вт/(мК)

R_B.n - сопротивление теплопередаче воздушной прослойки, м2К/Вт

R_H = 1/ан - сопротивление теплопередаче при переходе от наружного воздуха к внешней поверхности ограждения, м2К/Вт

ав - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности ограждений, Вт/(м2К)

ан - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограждений, Вт/(м2К)

?b/А — сопротивление теплопередаче отдельных слоев ограждений

Для частных случаев расчетные формулы и численные значения отдельных величин приводятся в справочной литературе.

Таблица 2.5.1. Значения aB и aH , Вт/(м2К)

Таблица 2.5.2. Сопротивление теплопередаче замкнутой воздушной прослойки R_{B п} м2К/Вт

Таблица 2.5.3. Сопротивление теплопередаче оконных проемов Ro , м К/Вт

Измерение поверхностей ограждений

Площади окон и дверей измеряются по наименьшему строительному проему.

Площадь пола и потолка вычисляется по расстоянию между осями внутренних стен и по расстоянию от оси внутренних стен до внутренней поверхности наружной стены.

Длину наружных стен не угловых помещений замеряют между осями внутренних стен, угловых помещений от внешних поверхностей до осей внутренних стен.

Высота стен первого этажа вычисляется по расстоянию от уровня чистого пола первого этажа до уровня чистого пола второго этажа - если пол расположен на грунте, и от уровня нижней поверхности пола первого этажа до уровня пола второго этажа - если пол расположен на лагах или над не отапливаемым подвалом. Высоту стен промежуточных этажей замеряют между уровнями чистых полов, высоту верхнего этажа - от уровня чистого плана верхнего этажа до верха утеплителя чердака или при отсутствии чердака от уровня чистого пола до пересечения внутренней поверхности наружных стен с верхней плоскостью перекрытия.

При расчете теплопотерь полами, расположенными на грунте , пол разбивают на зоны шириной 2 м, параллельные наружным стенам. Сопротивления теплопередаче зон принимают: R₁ = 2.15, R₂ = 4.3, R₃ = 8.6, R₄ = 14.2 м2К/Вт. Поверхность пола первой зоны, прилегающей к углу помещения, размером 2x2 м учитывают 2 раза.

Для утепленных полов сопротивление теплопередаче Ryn определяется по формуле:

R_Hn - сопротивление не утепленного пола

бус и АуС - толщины и коэффициенты теплопроводности утепляющих слоев.

Для утепленных полов на лагах

Rл = 1,18Ryn

Подземные части наружных стен рассчитываются как продолжение пола. Разбивка на зон делается от уровня земли по поверхности подземной части и далее по полу.

При расчете основных тепло потерь не учитывается ряд факторов. К ним относятся ориентация помещений по отношению к странам света, высота помещений, наличие двух и более наружных стен, поступление наружного воздуха через двери и ворота, инфильтрация через неплотности. Влияние этих факторов учитывается добавками в процентах к основным теплопотерям.

Добавки на ориентацию помещений по сторонам света принимаются для вертикальных поверхностей (стены, окна, двери). Добавки составляют: на север, восток, северо-восток и северо-запад 10%, на юго-восток и запад 5%.

Добавка на наличие двух и более наружных стен принимается в размере 5%

Добавка на подогрев врывающегося холодного воздуха через наружные двери или ворота: для одинарных дверей - 80%, для двойных дверей с тамбурами - 65%, для дверей в общественных зданиях- 500%.

Для зданий высотой более 4 м теплопотери всех ограждающих конструкций увеличиваются на 2% на каждый 1м высоты сверх 4 м, но не более чем на 15%.

Потери теплоты на инфильтрацию, кВт, определяются при расчетной температуре наружного воздуха холодного периода года.

Gинф = Gинф С (t_B — t_Н)

G_Инф — количество воздуха на инфильтрацию