Поступление теплоты от солнечной радиации онлайн. Расчет теплопоступления

При выборе какого-либо оборудования системы ОВК, в т.ч. кондиционера, очень важно правильно выполнить расчет теплопритоков помещения. Ведь от этого зависит не только его микроклимат. Учет интенсивных теплопритоков помещения при расчете системы отопления, например, поможет сэкономить на отопительном оборудовании и энергоносителях, а их недооценка при расчете системы вентиляции и, особенно кондиционирования, может привести к повышеному износу и уменьшению ресурса работы оборудования.

Расчет теплопритоков помещения можно осуществлять разными способами, - существует несколько методик. Одни более подробны, и пользуются ими чаще при расчете систем вентиляции и кондиционирования промышленных зданий, другими, - очень упрощенными методиками расчета теплопритоков, пользуются менеджеры при продажах кондиционеров. Такая программа для ориентировочного расчета и подбора кондиционера , например, находится .
Нижеприведеный расчет теплопритоков помещения учитывает все основные теплопритоки, недооценка которых на наш взгляд нежелательна. Соответственно, программу для расчета теплопритоков по этой методике можно найти .

Для долговечной надежной работы кондиционера важно, чтобы его холодопроизводительность была немного большей чем величина реальных теплопритоков помещения.

В первую очередь, учитывают внешние теплопоступления . Это, прежде всего, солнечная радиация, проникающая через оконные проемы. Количество тепловой энергии, поступающей таким образом, зависит от расположения окна относительно сторон света, его площади и наличия / отсуствия на нем солнцезащитных элементов:
Q окн = q окн F окн k , где
q окн - удельная тепловая мощность от солнечной радиации в зависимости от ориентации окна Вт/м 2 .

F окн - площадь остекленной части окна, м 2 ;
k - коэффициент, учитывающий наличие солнцезащитных элементов на окне .

Теплопритоки от нагретого защитного сооружения:
q ЗС - удельная тепловая мощность теплопередачи защитного сооружения, Вт/м 2 .

F ЗС - площадь защитного сооружения, м 2 .
Для постоянно открытой наружной двери теплоприток принимают 300 Вт.

Вторая группа теплопритоков, это тепловыделения от внутренних источников в помещении, - от людей, освещения, электрооборудования.

Тепловыделения от людей:
Q л = q л n , где
n - количество людей в соответствующем состоянии;
q л - тепловыделение одного человека, Вт/чел .

Тепловыделения от электрооборудования:
Q э = N э m i , где
m - количество единиц оборудования;
N э - электрическая мощность единицы оборудования, Вт;
i - коэффициент превращения электрической энергии в тепловую .

Для компьютера тепловыделения принимают 300 Вт.
Расчет теплопритоков помещения можно считать завершенным.
Суммарная величина теплопритоков помещения будет составлять:
ΣQ = Σ Q окн + ΣQ ЗС + ΣQ л + Σ Q э

Затем проводится подбор кондиционера. Холодопроизводительность выбранного кондиционера должна на 10-20% превышать суммарную величину теплопритоков помещения:
Q конд = (1,1-1,2) Σ Q

Тепловыделения от работающего оборудования с электрическим приводом за счёт перехода механической энергии в тепловую определяется из выражения

Q об = 1000 · N уст · n · k исп · k в , Вт, (1)

где N уст – установленная мощность привода электродвигателя в расчёте на единицу оборудования, кВт, определяется заданием; k исп – коэффициент использования мощности электродвигателя, обычно рекомендуется принимать 0,8; k в – коэффициент одновременности работы оборудования, определяемый заданием, можно принять равным 1. Величина Q об от периода года не зависит.

Теплопоступления от освещения для тёплого и холодного периода года рассчитываются

Q oc = 1000 · N oc · n · k в · a , Вт, (2)

где N ос - -мощность одной осветительной установки, кВт; n – число осветительных установок; k в – коэффициент одновременности работы осветительных установок: в холодный период можно принимать k в =1,0 , в тёплый период k в = 0,5 - 0,6 – по заданию; а - коэффициент, учитывающий типосветительной установки, который регламентируется СНиП и может быть определён по приложению, табл. П-3.

Теплопоступления от освещения могут быть рассчитаны и другим способом

Q oc = F · q oc · k в , Вт, (3)

где F – поверхность пола в помещении, м 2 ; q ос = 40 Вт/м 2 – норма освещённости 1м 2 в соответствии со СНиП; k в – коэффициент одновременности работы осветительных установок.

Теплопоступления от обслуживающего персонала для холодного и тёплого периодов года рассчитываются из выражения

где m – число работников; Q явн – явные тепловыделения от одного человека, кДж/ч; r = 2250 кДж/кг – скрытая теплота парообразования; W п – влаговыделения от одного человека, г/ч.

Численные значения Q явн и W п определяются в соответствии со СНиП в зависимости от температуры воздуха внутри помещения и степени тяжести труда и могут быть определены по приложению, табл. П-4.

Теплопоступления от солнечной радиации через световые (оконные) проёмы рассчитываются только для тёплого периода года

Q ср = F ост · q ост · A ост ·k , Вт, (5)

где F ост – суммарная поверхность остекления, м 2 ; q ост – плотность теплового потока, передаваемого за счёт солнечной радиации, зависящая от ориентации световых проёмов по сторонам света; А ост – эмпирический коэффициент, зависящий от вида остекления; k – эмпирический коэффициент зависящий, от прозрачности стёкол.

Численное значение q ост в соответствии со СНиП в зависимости от характеристики остекления и географического положения объекта можно определить по приложению, табл. П-5.

Численное значениеА ост иkв соответствии со СНиП могут быть определены по приложению, соответственно табл. П-6 и табл. П-7.

Теплопоступления через внешние ограждения извне за счёт более высокой температуры наружного воздуха при проектировании систем кондиционирования рассчитываются для тёплого периода в том случае, если расчётная температура наружного воздуха превышает расчётную температуру воздуха внутри помещения на 5С и более, т.е. t н т – t в т  5С

Q огр = F огр · k огр · (t н т - t в т ) , Вт, (6)

гдеF огр –поверхность внешнего ограждения за вычетом поверхности остекления, м 2 ;k огр t н т и t в т - соответственно расчётная температура наружного воздуха и воздуха внутри помещения, С.

Не рассчитываются для полов, расположенных на грунте или над подвалами. Для совмещенной кровли следует отдельно рассчитывать теплопоступления для помещений верхнего этажа.

Коэффициент теплопередачи рассчитывается с учётом всех термических сопротивлений

, (7)

где в и н - соответственно коэффициент теплоотдачи от воздуха внутри помещения к стене и от наружной поверхности стены к наружному воздуху, Вт/(м 2 С); i –толщина отдельных слоёв, составляющих стену, м; i –коэффициент теплопроводности материалов, из которых выполнена стена, Вт/(м С).

Численные значения коэффициентов теплоотдачи можно определить в соответствии со СНиП по приложению, табл. П-8 и П-9. Коэффициенты теплопроводности некоторых материалов приведены в приложении, табл. П-10 .

Для помещений верхнего этажа при отсутствии чердачного перекрытия (совмещённая кровля) теплопоступления через кровлю рассчитываются по формулам (6) и (7) отдельно от боковых поверхностей стен.

Суммарные теплопоступления в помещение для тёплого периода года в общем случае составляют

Q т = Q об + Q ос + Q оп + Q ср + Q огр , Вт, (8)

для холодного периода года

Q х = Q об + Q ос + Q оп , Вт. (9)

Расчёт тепловых потерь помещением

Тепловые потери рассчитываются только для холодного периода года.

Тепловые потери через остеклённые оконные световые проёмы определяются из выражения

Q ост = F ост · k · (t в х - t н х ) , Вт, (10)

где F ост –суммарная поверхность остекления, м 2 ;k–коэффициент теплопередачи через оконные проёмы, Вт/(м 2 С); t в х и t н х – соответственно расчётные температуры воздуха внутри помещения и наружного воздуха для холодного периода года, С.

Значения коэффициента теплопередачи определяются в соответствии со СНиП по приложению, табл. П-11.

Тепловые потери через наружные ограждения(боковые стены, полы, потолки) рассчитываются из выражения

Q огр = F огр · k огр · (t в х - t н х ) · n , Вт, (11)

где F огр –поверхность наружных ограждений (за вычетом площади оконных и дверных проёмов), м 2 ; k огр –коэффициент теплопередачи через ограждения, Вт/(м 2 С);t в х иt н х –соответственно расчётные температуры внутреннего и наружного воздуха для холодного периода, С;n –эмпирический поправочный коэффициент, зависящий от характера ограждения.

Коэффициент теплопередачи k определяется по формуле (7). Некоторые наиболее распространённые конструкции ограждений приведены на рис.3.

Значение эмпирического коэффициента n в формуле (11) можно принять в соответствии со СНиП по приложению, табл. П-12.

Рис. 3. Наиболее распространенные конструкции ограждений:

а - боковые стены; б - кровля; в - межэтажные перекрытия;

Для условий рассматриваемого задания тепловые потери для помещений второго этажа рассчитываются только через оконные проемы и боковые стены. Для помещений первого этажа следует дополнительно к вышеуказанным рассчитывать тепловые потери через пол (над подвалом), а для помещений третьего этажа – через кровлю.

Суммарные тепловые потери помещением для холодного периода года составят

Q пот х = Q ост х + Q огр х , Вт. (12)

Помещение № 104 (групповая)

В помещении имеется четыре окна с ориентацией на СЗ.

Географическая широта ц = 56 °с.ш.;

площадь окон Fок=10,64 мІ;

Вт/мІ, Вт/мІ в период с 5 до 6 ч вечера по табл. 2.3 для остекления, ориентированного на СЗ на широте 56°.

Аc.o.

Принимаем:

h = 21°; азимут Солнца Аc = 95° по табл. 2.8 для периода 5- 6 ч вечера и широты 56°.

где Н - высота окна; Н = 1.4 м; В - ширина; В = 1.9 м;

L Г L Г = L В = 0.13.

К ОБЛ.В = 1 (рис. 2.6 )

К ОБЛ.Г = 1 (рис. 2.6 )

где К ОТН - коэффициент относительного проникания солнечной радиации; для окон с тройным остеклением со светлыми жалюзи внутри помещения К ОТН = 0.48;

ф 2 - коэффициент учета затенения окна переплетами;

Коэффициент, учитывающий суточный ход наружной температуры; (табл. 2.9 при е = 0 для периода с 8 до 9 часов);

Количество теплоты, поступающей на вертикальную поверхность ориентации ЮВ в период с 8 до 9 ч от прямой и рассеянной радиации для широты 56°; =460 Вт/мІ; =125 Вт/мІ;

v ).

Вт/(мІ.°С)

Помещение № 219 (комната гимнастики и муз.занятий)

В помещении имеется четыре окна с ориентацией на ЮВ.

Географическая широта ц = 56 °с.ш.;

площадь окон Fок=10,08мІ;

1. Максимальное количество теплоты от прямой и рассеянной солнечной радиации, проникающей через одинарное остекление:

Вт/мІ в период с 3 до 4 ч вечера для остекления, ориентированного на СЗ на широте 56°.

Угол между солнечным лучом и окном:

где h - высота стояния Солнца; Аc.o. - солнечный азимут остекления.

Принимаем:

h = 37°; азимут Солнца Аc =69° для периода 3- 4 ч вечера и широты 56°. А со =69+45=114.

2. Коэффициент инсоляции вертикального остекления.

где Н - высота окна; Н = 1.8 м; В - ширина; В = 1.4 м;

а = с = 0 - т.к. отсутствуют внешние солнцезащитные козырьки;

L Г - заглубление остекления от наружной поверхности фасада (принято 0,13 м, как для кирпичных зданий); L Г = L В = 0.13.

3. Коэффициент облучения КОБЛ, зависит от углов:

3 0 54"-вертикальная компонента К ОБЛ.В = 1 (рис. 2.6 )

5 0 18"-горизонтальная компонента К ОБЛ.Г = 1 (рис. 2.6 )

4. Удельный тепловой поток от проникающей солнечной радиации через принятое остекление:

где К ОТН - коэффициент относительного проникания солнечной радиации; для окон с тройным остеклением со светлыми жалюзи внутри помещения (табл. 2.4) К ОТН = 0.48;

ф 2 - коэффициент учета затенения окна переплетами; для принятого остекления по табл. 2.5 ф 2 = 0.50.

5. Наружная условная температура на поверхности окна:

где - средняя температура наиболее жаркого месяца (июля); для кондиционируемых помещений следует принимать наружную температуру в теплый период года по параметрам "Б"; t н.ср =28

Средняя суточная амплитуда колебания температуры наружного воздуха в теплый период; =10,8°С ;

Коэффициент, учитывающий суточный ход наружной температуры; ;

Приведенный коэффициент поглощения радиации;

Количество теплоты, поступающей на вертикальную поверхность ориентации ЮВ в период с 3 до 4 ч от прямой и рассеянной радиации для широты 56° =0 Вт/мІ; =86Вт/мІ;

Коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности окна; для вертикальной поверхности (зависит от скорости ветра v ).

Для того, чтобы правильно подобрать кондиционер, необходимо вычислить теплопоступления, которые он должен погасить. Мощность кондиционера должна перекрывать их максимальное значение, которое рассчитывается по формуле:

Q = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5, где

Q1 – теплопоступления от солнечной радиации, а при использовании электрического освещения от искусственного света;

Q2 – теплопоступления от находящихся в помещении людей;

Q3 – теплопоступления от офисного оборудования;

Q4 – теплопоступления от бытовой техники;

Q5 – теплопоступления от отопления.

Теплопоступление от солнечной радиации

Они прежде всего, зависят от площади и расположения окон. В большинстве случаев именно оно и составляет львиную долю всего поступающего в помещение тепла. Методики расчета подробно представлены в специальных пособиях к СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» и СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника». Упрощенно можно принять к расчету следующую формулу:

Где: S- площадь помещения (м2), h – высота помещения (м), q – коэффициент, равный:
- 30 Вт/м3, если в помещение не попадают солнечные лучи (северная сторона здания);
-35Вт/м3 для обычных условий;
- 40 Вт/м3, если помещение имеет большое остекление с солнечной стороны.
Расчет по этой методике применим для квартир и небольших офисов, в других случаях погрешности могут быть слишком велики.

Теплопоступления от искусственного света можно взять из расчета 25-30 Вт на 1 м3.

Теплопоступления от находящихся в помещении людей

Один человек в зависимости от рода занятий выделяет:
Отдых в сидячем положении – 120 Вт
Легкая работа в сидячем положении – 130 Вт
Умеренно активная работа в офисе – 140 Вт
Легкая работа стоя – 160 Вт
Легкая работа на производстве – 240 Вт
Медленные танцы – 260 Вт
Работа средней тяжести на производстве – 290 Вт
Тяжелая работа – 440 Вт

Теплопоступления от офисного оборудования

Обычно они принимаются в размере 30% от потребляемой мощности. Для примера:
Компьютер – 300-400 Вт
Лазерный принтер – 400 Вт
Копировальный аппарат – 500-600 Вт

Теплопоступления от бытовой кухонной техники

Кофеварка с греющей поверхностью – 300 Вт
Кофемашина и электрочайник – 900-1500 Вт
Электроплита – 900-1500 Вт на 1 м2 верхней поверхности
Газовая плита – 1800-3000 Вт 1 м2 верхней поверхности
Фритюрница – 2750-4050 Вт
Тостер – 1100-1250 Вт
Вафельница – 850 Вт
Гриль – 13500 Вт на 1 м2 верхней поверхности
При наличии вытяжного зонта, теплопоступления от плиты делятся на 1,4.

При расчете теплопоступлений от бытовой кухонной техники необходимо учитывать, что все приборы сразу никогда не включаются. Поэтому берется наивысшая для данной кухни комбинация. Например, две из четырех конфорок на плите и электрочайник.

Теплопоступления от системы отопления

В ряде случаев, в высоких зданиях с большой площадью остекления, кондиционирование бывает необходимо уже в марте, когда отопительный сезон еще не закончен. В этом случае в расчете необходимо учитывать теплоизбытки от системы отопления, которые можно принять равными 80-125 Вт на 1 м2 площади. В этом случае надо учитывать не теплопоступления от внешних стен, а теплопотери, которые можно принять равными 18 Вт на 1 м2.