Расчет теплопотерь через утепленную крышу дома

Министерство образования и науки Российской Федерации 



Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение

 высшего профессионального образования 

«Петрозаводский государственный университет»

(ПетрГУ)



Карельский региональный институт управления, экономики и права 










ВЫБОР ИСТОЧНИКА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ КОТЕДЖА  

С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕПЛОВОГО НАСОСА





Выпускная квалификационная работа

















Выполнила студент группы «ТиТ-5» 

 «Теплоэнергетика и теплотехника»

Абрамовский Владимир Николаевич

Научный руководитель

Беляев Сергей Васильевич

КТН доцент КТМ и ТМиО

























Петрозаводск  2017




Оглавление

	ВВЕДЕНИЕ	3

	1  ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ОДНОЭТАЖНОГО КОТТЕДЖА	5

	1.1 Расчёт тепловых потерь через стены дома.	5

	1.2. Теплопотери через окна здания.	8

	1.3 Расчет теплопотерь через утепленную крышу дома (мансарду).	9

	1.4. Теплопотери через окна мансарды.	13

	1.5 Расчет теплопотерь через утепленный потолок мансарды.	13

	1.6. Расчет теплопотерь через полы расположенные над подвалом дома.	16

	1.8. Расчет теплопотерь через двери	23

	1.9.  Расчет теплопотерь на инфильтрацию	24

	1.10.  Расчет тепловыделений внутри дома.	24

	1.11.  Тепловой баланс коттеджа	25

	1.12.1 Суточный расход тепла на горячее водоснабжение.	25

	1.12.2  Среднечасовой расход тепла на гвс.	25

	1.12.3  Максимальный часовой расход тепла на гвс	26

	2.РАССЧЕТ СИСТЕМЫ ТЁПЛЫЙ ПОЛ	27

	2.1.1 Термическое сопротивление слоёв «тёплого пола»	28

	2.1.2   Средняя температура теплоносителя	29

	2.1.3 Приведённое термическое сопротивление над трубами.	29

	2.1.4 Приведённое термическое сопротивление под трубами.	29

	2.1.5 Угол между поверхностью пола и линией максимального термического сопротивления (вверх), градусы:	29

	2.1.6  Максимальное термическое сопротивление слоев над трубой	30

	2.1.7 Отношение тепловых потоков «вверх вниз».	30

	2.1.8 Приведённое термическое сопротивление трубок	31

	2.1.9 Тепловой поток по направлению вверьх.	31

	2.1.10 Тепловой поток по направлению ввниз.	31

	2.1.11 Суммарный удельный  тепловой поток.	31

	2.1.12 Суммарный удельный  тепловой поток на погонный метр тёплого пола.	32

	2.1.13 Максимальная температура поверхности пола.	32

	2.1.14 Минимальная температура поверхности пола.	32

	2.1.15 Средняя температура поверхности пола.	32

	2.2.1 Термическое сопротивление слоёв «тёплого пола»	32

	2.2.2   Средняя температура теплоносителя	33

	2.2.3 Приведённое термическое сопротивление над трубами.	33

	2.2.4 Приведённое термическое сопротивление под трубами (внизу отапливаемое помещение с такой-же температурой).	34

	2.2.5 Угол между поверхностью пола и линией максимального термического сопротивления (вверх), градусы:	34

	2.2.6  Максимальное термическое сопротивление слоев над трубой	35

	2.2.7 Отношение тепловых потоков «вверх вниз».	35

	2.2.8 Приведённое термическое сопротивление трубок.	36

	2.2.9 Тепловой поток по направлению вверьх.	36

	2.2.10 Тепловой поток по направлению ввниз.	36

	2.2.11 Суммарный удельный  тепловой поток.	36

	2.2.12 Суммарный удельный  тепловой поток на погонный метр тёплого пола.	36

	2.2.13 Максимальная температура поверхности пола.	37

	2.2.14  Минимальная температура поверхности пола.	37

	2.2.15 Средняя температура поверхности пола.	37

	2.3.1 Тепловая мощность системы  «Теплый пол» первый этаж	37

	2.3.2 Тепловая мощность системы  «Теплый пол» мансарда.	38

	2.3.3 Суммарная мощность системы «Тёплый пол»	38

	2.3.4  Требуемая дополнительная мощность.	38

	2.4.1 Длина труб системы «Тёплый пол»	39

	2.4.4 Мощность одного контура	39

	2.4.5 Расход теплоносителя но один контур	39

	2.4.6 Скорость потока при выбранном внутреннем диаметре труб (16мм).	40

	2.4.7  Потери напора по длине трубопровода контура.	40

	Потери напора по длине трубопровода.	41

	        Расход теплоносителя по всей системе тёплый пол.	41

	3.СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕПЛОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ	42

	3.2.1  Горизонтальный коллектор.	56

	3.2.2 Вертикальный коллектор (система зондов).	56

	3.2.3  Гидравлический расчёт вертикального коллектора.	58

	Потери напора по длине трубопровода.	59

	4. Анализ  Экономической  эфективности  проекта	60

	4.5.1.а  Количество теплоты на отопление за год при работе теплового насоса на систему тёплый пол (совместно с электроконвекторами).	62

	4.5.1.б  Количество теплоты на отопление за год при работе электроконвекторов (совместно с ТНУ  «Тёплый пол»).	63

	4.5.1.в  Количество теплоты на отопление за год при работе пеллетного котла	63

	4.5.2.а  Годовая стоимость отопления от  ТНУ.	64

	4.5.2.б  Годовая стоимость отопления от  электроконвекторов.	64

	4.5.2.в  Годовая стоимость отопления от ТНУ и электроконвекторов.	65

	4.5.2.г  Годовая стоимость отопления  от  пеллетного котла (при использовании пеллет).	65

	4.5.2.д Годовая стоимость отопления  от  пеллетного котла, при использовании дров.	65

	4.5.2.е Годовая стоимость отопления  от электроотопления (от одних электроконвекторов, или системы электрический тёплый пол).	65

	4.5.2.ж Годовая стоимость отопления от газового котла	66

	4.7.1  Окупаемость  системы  на основе ТНУ, в сравнении с пеллетным котлом.	67

	4.7.2  Окупаемость  системы  на основе ТНУ с учётом дисконтирования (увеличения стоимости).	67

	ЗАКЛЮЧЕНИЕ	71

	СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ	73

	ПРИЛОЖЕНИЕ  	76










ВВЕДЕНИЕ

Одним из перспективных путей решения рационального использования топливно-энергетических ресурсов, является применение оборудования, использующих нетрадиционные источники энергии и новых энергосберегающих технологий.

Теплохладоснабжение  является сегодня одним из наиболее емких мировых потребителей топливно-энергетических ресурсов. Поэтому в качестве приоритетного направления оно, представляет  наибольший интерес,  в использования нетрадиционных источников энергии. Преимущества, применения в теплохладоснабжении, технологий, в которых используются нетрадиционные источники  энергии, ведёт к значительным сокращениям затрат энергии в системах жизнеобеспечения, повышает их экологическую чистоту, а также повышает степень автономности, в сравнении с их традиционными аналогами. На рынке, теплохладогенерирующего оборудования, при формировании конкурентной ситуации, именно эти качества будут иметь определяющее значение.

Применение тепловых насосов в тепло-хладоснабжении, относится к области экологически чистых, энергосберегающих  технологий,  благодаря чему получает все большее распространение в мире. По заключению целого ряда авторитетных международных организаций, эта технология, наряду с другими энергосберегающими технологиями (ветровой энергии, использование солнечной, энергии Океана и т.п.), относится к технологиям XXI века.

В настоящее время теплонасосные установки развиваются стремительно. Для децентрализованных потребителей тепловой энергии теплонасосные системы теплоснабжения перспективны в качестве энергоэффективных, экологически чистых теплоисточников. 

В качестве  источника энергии,  в них используются низкопотенциальная энергия земли воды и воздуха, благодаря чему полностью отсутствуют выбросы в атмосферу и в разы сокращается потребление электроэнергии, 

Минимальные эксплуатационные расходы по сравнению с другими отопительными системами, надежная автоматическая работа установки, не требует постоянного присутствия человека.

Цель  данной выпускной работы, произвести тепловой расчёт одноэтажного жилого дома с жилым чердачным помещением (мансардой) и нежилым подвальным находящегося, в республике Карелия  в  городе Кемь с целью выбора источника теплоснабжения коттеджа с применением теплового насоса. 

        Стены коттеджа выполнены из соснового бруса 200*200 мм с утеплением со стороны улицы утеплителем «УРСА», далее обшита имитацией сруба ,с внутренней стороны, все стены зашиты ГКВЛ.

Крыша коттеджа которая также является ограждающей конструкцией жилого чердачного помещения выполнена на каркасной основе из сосновых досок с утеплителем «УРСА» толщиной 200 мм.

Подвальное помещение выполнено из фундаментных блоков шириной 400 мм. с заглублением в землю на 2 м.




1  ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ОДНОЭТАЖНОГО КОТТЕДЖА

Данные для расчета:

- температура окружающей среды (наружного воздуха) для г. Кемь.

- температура воздуха внутри дома.

- средняя скорость ветра за январь.

Исходные данные размеров стен, окон, потолка, полов на лагах, представлены в соответствии с проектом дома (Приложение А).

1.1 Расчёт тепловых потерь через стены дома. 





























Рисунок 1.1 Эскиз перекрытия стены



В данном доме стены выполнены из соснового бруса 200*200 мм, со стороны улицы стена утеплена теплоизоляционным материалом «УРСА» толщиной 100 мм и обшита доской эмитированной под сруб толщиной в узком месте 30 мм в широком 88 мм. С внутренней стороны стены обшиты ГКВЛ.

Таблица 1.1 Исходные данные для расчёта стен

№ п/п

Название материала

Толщина,

[?] м

Коэффициент теплопроводности

[?]

1

Гипсокартон ГКВЛ

0,015

0,15

2

Брус сосновый

0,2



0,18  (сосна поперёк волокон)

3

Утеплитель «УРСА»

0,1

0,036

4

Паропроницаемая  мембрана «Изоспан».

0,00005

-

5

Имитация сруба (сосна)

0,03

(по самому узкому месту)

0,18



Определим термическое сопротивление каждого слоя стены 



Где:  R - термическое сопротивление ограждающей конструкции,м2*?С/Вт,

? - толщина слоя материала, м,

? - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м??С)

Для соснового бруса 0,2*0,2 м.

?  = 0,2 (м) толщина слоя материала

? = 0,18  (Вт/(м??С)) расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя.



Для остальных слоёв стены результаты расчёта сведены в таблицу 1.3

Таблица 1.2 Сводная таблица термических сопротивлений слоёв стены 1 этажа.

№ п/п

Обозначение

Термическое сопротивление R,



1



0,1

2



1,11

3



2,78

4



0,17

Термическое сопротивление многослойной стенки.





Сопротивление теплопередачи многослойной однородной ограждающей конструкции.



Где:     где:   – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции.

   где:   - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции.



Мощность теплопотерь через ограждающие конструкции, стены дома.





Где:     - Расчётная температура внутреннего воздуха.

 – Расчётная температура наружного воздуха (средняя наиболее холодной пятидневки). 

n = 1 - Коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху.

А – площадь стен дома без учёта дверей  и окон. 

Общая площадь стен: (13,5м + 7,17м) * 2 * 2,77м  = 114,5м2 

Площадь окон: 1,19м * 1,5м * 4шт = 7,14 м2.

                         1,19м *  0,75м * 3шт = 3,57 м2.

Площадь  дверей:  1,5м * 2,18м * 1шт = 3,27 м2.

Площадь стен дома без учёта дверей  и окон: А = 114,5 - 7,14 м2 - 3,57 м2 - 3,27 м2 = 103,8 м2. 

  Сопротивление теплопередачи



1.2. Теплопотери через окна здания.

В доме установлены двухкамерные стеклопакеты, в одинарном переплёте с межстекольным расстоянием 12 мм со стёклами с мягким селективным покрытием.



Где:  Площадь окон:  1,19м * 1,5м * 4шт + 1,19м *  0,75м * 3шт = 10,71 м2.

          приведенное сопротивление теплопередаче для данных стеклопакетов                







1.3 Расчет теплопотерь через утепленную крышу дома (мансарду). 





Рисунок 1.2 Эскиз перекрытия двускатной крыши. 



В данном доме крыша двускатная, утепленная, стропила выполнены из соснового бруса 200*70 мм, между стропил заложен теплоизоляционный материал «УРСА» толщиной 200 мм и обшита с наружной и внутренней стороны  сосновой доской толщиной 25 мм. С внутренней стороны обшита ГКВЛ.

Так как крыша имеет вентилируемую воздушную прослойку между  утеплённой крышей и слоем  наружной гидроизоляции (металлочерепица), то слой  металлочерепицы  на наружной поверхности кровли, в расчете не учитывается.

           



Таблица 1.4 Исходные данные для расчёта утепленной крыши.

№ п/п

Название материала

Толщина,

[?] м

Коэффициент теплопроводности

[?]

1

Гипсокартон ГКВЛ

0,015

0,15

2

Брус сосновый

0,2

0,18  (сосна поперёк волокон)

3

Утеплитель  «УРСА»

0,2

0,036

5

Доска сосновая.

0,025

0,18

Термическое сопротивление каждого слоя крыши по формуле   (1.1)  результаты расчёта сведены в таблицу 1.5.



Таблица 1.5 Сводная таблица термических сопротивлений слоёв крыши.

№ п/п

Обозначение

Термическое сопротивление R,



1



0,1

2



1,11

3



5,56

4



0,14

5



0,14

 

Так как крыша имеет не однородную конструкцию и состоит из изоляционного материала  «УРСА», между стропилами и самих стропил, то приведенное термическое сопротивление не однородной ограждающей конструкции определяем следующим образом.

Плоскости ограждающих конструкций условно разрезаем на участки из различных слоёв. Рассчитываем суммарное термическое сопротивление, в сечении плоскости проходящей через изоляционный материал «УРСА» толщина 0,2м   и рассчитываем суммарное термическое сопротивление в сечении плоскости проходящей через стропильные брусья 0,2м*0,07м.  



Суммарное термическое сопротивление в сечении плоскости проходящей через стропила по формуле (1.2):

   



Суммарное термическое сопротивление в сечении плоскости проходящей через утеплитель по формуле (1.2):

   

Термическое сопротивление теплопередачи, всей ограждающей конструкции мансарды.



Где:    - Площадь всей ограждающей конструкции.

    - Площадь i-того  участка ограждающей конструкции.

- Термическое сопротивление теплопередачи i-того  участка ограждающей конструкции. 

Тогда:





Где:  АКр – площадь скатов крыши (стен мансарды) без учёта окон.

Общая площадь ограждающей конструкции мансарды состоит из площади двух скатов крыши плюс двух торцевые стен: 13,5м * 3,05м * 2 + 22,32 * 2 = 127м2 

Площадь окон: 1,19м * 2,17м * 2шт = 5,2 м2.

                         1,19м *  1,5м * 4шт = 7,14 м2.

Площадь  стропил:   0,07м * 3,05м * 14шт + 2,32м * 0,15м * 4шт + 2,3м * 1,5м * 6шт ? 7 м2.

Площадь утеплителя  стен мансарды: А = 127 – 5,2 – 7,14 – 7 = 107,7 м2. 

Акр  = 127 – 5,2 – 7,14 = 114,66(м2)площадь скатов крыши (стен мансарды) без окон

- площадь стропильных балок.

 - площадь утеплителя.



Приведённое термическое сопротивление ограждающей конструкции тёплой крыши.



	 Сумма термических сопротивлений, слоёв ограждающей конструкции.

	

	

	

	Приведенное сопротивление теплопередачи  через крышу   (1.3).

	

	

	

	



1.4. Теплопотери через окна мансарды.

На мансарде установлены двухкамерные стеклопакеты, в одинарном переплёте с межстекольным расстоянием 12 мм со стёклами с мягким селективным покрытием.



Где:  Площадь окон:  1,19м * 1,5м * 4шт + 1,19м *  2,17м * 2шт = 12,34 м2.

          приведенное сопротивление теплопередаче для данных стеклопакетов                



1.5 Расчет теплопотерь через утепленный потолок мансарды.



Рисунок 1.2 Эскиз перекрытия потолка.

В данном доме потолок мансарды  утепленный, потолочные балки выполнены из соснового бруса 200*70 мм, между балок заложен теплоизоляционный материал «УРСА» толщиной 200 мм. Потолок заделан: с наружной стороны сосновой доской 35мм, а внутренней стороны  сосновой доской толщиной 25 мм, также с внутренней стороны потолок обшит ГКВЛ.         

Таблица 1.4 Исходные данные для расчёта утепленного потолка.

№ п/п

Название материала

Толщина,

[?] м

Коэффициент теплопроводности

[?]

1

Гипсокартон ГКВЛ

0,015

0,15

2

Брус сосновый

0,2

0,18  (сосна поперёк волокон)

3

Утеплитель  «УРСА»

0,2

0,036

5

Доска сосновая.

0,025

0,18(сосна поперёк волокон)

6

Доска сосновая.

0,035

0,18(сосна поперёк волокон)



Термическое сопротивление каждого слоя потолка по формуле  (1.1)  результаты расчёта сведены в таблицу 1.5.



Таблица 1.5 Сводная таблица термических сопротивлений слоёв потолка.

№ п/п

Обозначение

Термическое сопротивление R,



1



0,1

2



1,11

3



5,56

4



0,14

5



0,19

 

Так как потолок имеет не однородный конструкцию и состоит из изоляционного материала  «УРСА», между потолочными балками и самих балок, то приведенное термическое сопротивление не однородной ограждающей конструкции определяем следующим образом. 

Плоскости ограждающих конструкций условно разрезаем на участки из различных слоёв. Рассчитываем суммарное термическое сопротивление в сечении плоскости проходящей через изоляционный материал «УРСА» толщина 0,2м   и рассчитываем суммарное термическое сопротивление в сечении плоскости проходящей через потолочные балки 0,2м*0,07м.  



Суммарное термическое сопротивление в сечении плоскости проходящей через потолочные балки по формуле (1.2):

   



Суммарное термическое сопротивление в сечении плоскости проходящей через утеплитель по формуле (1.2):

   

Термическое сопротивление теплопередачи, потолка мансарды  (1,7).

Где:   -  общая площадь потолка.

- площадь потолочных балок.

 - площадь утеплителя.



Приведённое термическое сопротивление ограждающей конструкции тёплой крыши.



	 Сумма термических сопротивлений, слоёв ограждающей конструкции.

	

	Приведенное сопротивление теплопередачи  через потолок мансарды   (1.3).

	

	Мощность теплопотерь  через потолок мансарды коттеджа  (1.5).

	

1.6. Расчет теплопотерь через полы расположенные над подвалом дома.



	Рисунок 1.4 Эскиз перекрытия пола.

Полы в доме расположен над подвалом температура в подвале 5 ОС. Конструкция пола включает в себя доски толщиной 5см, лежащие на лагах (брус 200 х 200 мм, между которыми проложен утеплитель «УРСА» толщиной 15см, над утеплителем находится замкнутая воздушная прослойка толщиной 5см., утеплитель лежит на чёрном полу выполненном из досок 3,5см. 

	

Таблица 1.4 Исходные данные для расчёта утепленного пола.

№ п/п

Название материала

Толщина,

[?] м

Коэффициент теплопроводности

[?]

1

Брус сосновый

0,2

0,18  (сосна поперёк волокон)

2

Утеплитель  «УРСА»

0,15

0,036

3

Доска сосновая.

0,05

0,18(сосна поперёк волокон)

4

Доска сосновая.

0,035

0,18(сосна поперёк волокон)

5

Воздушная прослойка

0,05

0,18 

            Термическое сопротивление каждого слоя потолка по формуле (1.1)  результаты расчёта сведены в таблицу 1.5.

Таблица 1.5 Сводная таблица термических сопротивлений слоёв пола.

№ п/п

Обозначение

Термическое сопротивление R,







1,11





4,17





0,28





0,19





0,17

 

Так как пол имеет не однородный конструкцию и состоит из изоляционного материала  «УРСА», между лагами и самих лаг, то приведенное термическое сопротивление не однородной ограждающей конструкции определяем следующим образом. 

Плоскости ограждающих конструкций условно разрезаем на участки из различных слоёв. Рассчитываем суммарное термическое сопротивление в сечении плоскости проходящей через изоляционный материал «УРСА» толщина 0,1м   и рассчитываем суммарное термическое сопротивление в сечении плоскости проходящей через потолочные балки 0,2м*0,2м.  

Суммарное термическое сопротивление в сечении плоскости проходящей через лаги по формуле (1.2):

   

Суммарное термическое сопротивление в сечении плоскости проходящей через утеплитель по формуле (1.2):

   

Термическое сопротивление теплопередачи, через пол дома  (1,7).

Где:   -  общая площадь пола без учёта лаза.

- площадь потолочных балок.

 - площадь утеплителя.

 – площадь лаза.

 



 

Приведённое термическое сопротивление ограждающей конструкции пола дома.

	 Сумма термических сопротивлений, слоёв ограждающей конструкции.

	

	

	

	Приведенное сопротивление теплопередачи  через полы дома   (1.3).

	

	Мощность теплопотерь  через полы коттеджа  (1.5), 

	где: определим в расчёте температура в подвале дома.

	



1.7. Расчет теплопотерь через подвал дома.



Рисунок 1.1 Эскиз стены подвала

В данном доме подвал выполнены из бетонных блоков  400*400 мм, заглублённых в грунт на 195см.  Цоколь возвышается на 40см утепленный с наружной стороны   теплоизоляционным материалом, полистиролом, толщиной 10см и оштукатуренна штукатуркой «Умка» толщиной 1см.



Таблица 1.6  Исходные данные для расчёта теплопотерь через подвал

№ п/п

Название материала

Толщина,

[?] м

Коэффициент теплопроводности 

[?]

1

Бетон

0,4

1,51

2

Пенаполистирол

0,1

0,037

3

Штукатурка «Умка»

0,01

          0,065



Термическое сопротивление стен в подвале     

Таблица 1.3 Сводная таблица термических сопротивлений слоёв стены подвала.

№ п/п

Обозначение

Термическое сопротивление R,



1



0,26

2



2,7

4



0,15






Термическое сопротивление многослойной стенки цоколя над поверхностью земли.  . 



Сопротивление теплопередачи многослойной однородной ограждающей конструкции цоколя над поверхностью земли.


 Температура воздуха в подвале дома.





Где:  tint = 21 (°С) - расчетная температура воздуха в помещении над подвалом. 

text = - 28 (°С) - расчетная температура наружного воздуха. 

 = 12,34 * 6,2 =  77,75 (м2 ) - площадь подвала (цокольного перекрытия); 
             = = - сопротивление теплопередачи  через пол дома (цокольное перекрытие)

Vb = 12,34 * 6,2 * 2,3 = 175,96 (м3) - объем подвала. 

na = 0,5 ч кратность воздухообмена в подвале.

? = 1,2 (кг/м3)- плотность воздуха в подвале.

Аs = (13,34 + 7) * 2 * 1,95 + 12,34 * 6,2 = 155,83 (м2) - площадь пола и стен подвала, контактирующих с грунтом.

Приведенное сопротивление теплопередаче подвала заглубленного в грунт на глубину ? 2м. 

Ab.w = (13,34 + 7) * 2 * 0,4 = 16,27(м2) - площадь наружных стен подвала над уровнем земли. 

  - Сопротивление теплопередачи многослойной однородной ограждающей конструкции цоколя над поверхностью земли.





	Мощность теплопотерь  через ограждение цоколя коттеджа, расположенного над землёй (1.5). 

Где: - площадь наружных стен подвала над уровнем земли. 

- температура в подвале.

	

Мощность теплопотерь  через ограждение цоколя коттеджа, расположенного под землёй (1.5). 

Аs = 155,83 (м2) - площадь пола и стен подвала, контактирующих с грунтом.

	

	

	Мощность теплопотерь  через пол подвала (цоколя) коттеджа, расположенного под землёй (1.5). 

	Где:  =  77,75 (м2 )

	

	Мощность теплопотерь  через подвала (цоколь) коттеджа. 



1.8. Расчет теплопотерь через двери

В коттедже установлена одна двустворчатая дверь из железа с утеплителем из пенополистирола в середине, толщиной 0,07 м, коэффициент теплопроводности пенополистирола  ?пенпол  = 0,037 Вт/(м*ОС) ,общей площадью Адв = 1,50 * 2,18 = 3,27м2. 

Термическое сопротивление двери (1.1):

Где: ?пенпол  = 0,037 Вт/(м*ОС)

 дв = 0,07 (м2)



Сопротивление теплопередачи дверей (1.3):



Теплопотери через двери найдены (1.5).

Где: Адв = 1,50 * 2,18 = 3,27(м2) – площадь двери.

 ;   .

	





1.9.  Расчет теплопотерь на инфильтрацию

Составляющая нагрузка на систему отопления связана с нагревом поступающего холодного наружного воздуха, необходимого для вентиляции.

Тепловой поток на нагрев приточного наружного воздуха (теплопотери на инфильтрацию):



Где: Qинф-тепловой поток на нагрев приточного наружного воздуха, Вт,

 (м3/ч) - расход приточного воздуха. 

Где:  

Тогда:    (м3/ч)

3 м3/ч по нормативным нормам минимальный расход приточного воздуха в жилые помещения на 1 м2 площади помещений (дома и мансарды).

? =1,441 (кг/м3)-средняя массовая плотность нагреваемого воздуха,кг/м3, при text = -28, 

c = 1,006 (кДж/(кг·°С))-теплоемкость воздуха, равная 

tint = 21ОС 

text = - 28 ОС  

3,6-переводной коэффициент кДж в Вт.



1.10.  Расчет тепловыделений внутри дома.



В доме общей площадью 173,4 м2 проживает 6 человек отсюда на одного человека приходится 30 м2 общей площади.  

qбыт = 13 (Вт/м2), тепловой поток, Вт, регулярно поступающий от приборов, оборудования, людей и других источников на 1 м2,для жилых зданий с расчетной заселенностью 30 м2 общей площади на человека.  

Qбыт т.в.=0,024 * 173,4 *13 =54 Вт

 1.11.  Тепловой баланс коттеджа

Тепловой баланс, разность теплопотерь и тепловыделений определяет мощность отопительной установки:



–требуемая мощность отопительной установки для отопления.

1.12.  Расчетные расходы тепла на горячее водоснабжение

 1.12.1 Суточный расход тепла на горячее водоснабжение.

	

Где:   m= 6 (чел.)  количество человек  – по заданию.

а=100 (кг/сут.*чел.) норма потребления горячей воды для жилых зданий.

с - удельная теплоемкость воды, принимаемая равной 1 ккал/(кг * °С.). 

tгв = 60°С - температура горячей воды. 

tхв.з = 5°С -  температура холодной воды зимой. 



1.12.2  Среднечасовой расход тепла на гвс.

	



          



1.12.3  Максимальный часовой расход тепла на гвс



Где:  к- расчетный коэффициент часовой неравномерности, 

принимается равной 2 – 2,4 для жилых и общественных зданий.

 

1.13. Мощность требуемой теплонасосной установки




2.РАССЧЕТ СИСТЕМЫ ТЁПЛЫЙ ПОЛ

Для теплонасосной установки оптимальной отопительной системой является система 

«водяной тёплый пол» с температурой подачи от 35ОС  до  45ОС и температурой обратки от

30ОС  до  40ОС

Таблица 3.1 Исходные данные

№ 

Параметр

Обознач. 

Ед.изм. 

Значение 

1 

Температура теплоносителя в подающем трубопроводе 

 tп 

оС 

40 

2 

 Температура теплоносителя в обратном трубопроводе 

tо 

оС 

35 

3 

Температура воздуха внутри помещения 

tв 

оС 

21 

4 

Температура в нижележащем помещении 

tниз 

оС 

21 (-18) 

5 

Внутренний диаметр труб теплого пола 

Dв 

м 

0,013 

6 

Наружный диаметр труб теплого пола 

Dн 

м 

0,016 

7 

Коэффициент теплопроводности материала труб 

?тр 

Вт/м К 

0,35 

8 

Коэффициент теплоотдачи нижележащей горизонтальной поверхности 

?н 

Вт/м2 K 

8,7 

9 

Коэффициент внутренней теплоотдачи (передача тепла от теплоносителя к внутренней поверхности труб) 

?вн 

Вт/м2 K 

400 

10 

Коэффициент теплоотдачи пола 

?п 

Вт/м2 K 

12














 2.1. Отопительная мощность системы «тёплый пол» первого этажа    (81м2)

2.1.1 Термическое сопротивление слоёв «тёплого пола»     



Рисунок 3.2  Разрез тёплый пол 1 этаж.

Таблица 3.2 Термические сопротивления слоёв «Тёплого пола» по

№ п/п

Название материала

Толщина,

[?] м

Коэффициент теплопроводности.

[?]

Термическое сопротивление [R],



Слой над трубами.



1

Цементно-песчаная стяжка

0,035

0,93

0,038

2

Подложка под ламинат.

0,002

0,03

0,07

3

Ламинат.

0,015

0,18

0,083



Итого RВ





0,19

                                        Слой под трубами.

4

Цементно-песчаная стяжка

0,025

0,93

0,027

5

Пеноплекс 35

0,03

0,032

0,94

6

Перекрытие пола









Итого   RН





5,02

2.1.2   Средняя температура теплоносителя



Где:   - температура подачи

 - температура обратки



2.1.3 Приведённое термическое сопротивление над трубами.



Где:     где:   – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции.



2.1.4 Приведённое термическое сопротивление под трубами.



   где:   - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции.



2.1.5 Угол между поверхностью пола и линией максимального термического сопротивления (вверх), градусы:



Где:  0,052 м – Суммарная толщина слоёв над трубами. 



 0,10м – Шаг укладки труб.



2.1.6  Максимальное термическое сопротивление слоев над трубой 



Где: RB = 0,19  - Термическое сопротивление слоёв над трубами.





2.1.7 Отношение тепловых потоков «вверх вниз». 



Где:   



 (м) – Внутренний диаметр труб.



 - Коэффициент теплопроводности материала труб. 

Коэффициент внутренней теплоотдачи (передача тепла от теплоносителя к внутренней поверхности труб)





2.1.8 Приведенное термическое сопротивление трубок 







2.1.9 Тепловой поток по направлению вверьх.



Где:  0,10 м – Шаг укладки труб.



2.1.10 Тепловой поток по направлению ввниз.





2.1.11 Суммарный удельный  тепловой поток.







2.1.12 Суммарный удельный  тепловой поток на погонный метр тёплого пола.





2.1.13 Максимальная температура поверхности пола.





2.1.14 Минимальная температура поверхности пола.





2.1.15 Средняя температура поверхности пола.



Данная температура  меньше нормируемой, для зон с постоянным пребыванием людей

Согласно СП 60.13330.2012 п.6.4.8  температура пола в таких помещениях не должна быть выше 26 оС.   

2.2. Отопительная мощность системы «тёплый пол» мансарда. (94,6 м2)

2.2.1 Термическое сопротивление слоёв «тёплого пола»     







Рисунок 3.2  Разрез тёплый пол мансарда.

Таблица 3.2 Термические сопротивления слоёв «Тёплого пола» по

№ п/п

Название материала

Толщина,

[?] м

Коэффициент теплопроводности.

[?]

Термическое сопротивление [R],



Слой над трубами.



1

Цементно-песчаная стяжка

0,025

0,93

0,026

2

Подложка под ламинат.

0,002

0,03

0,07

3

Ламинат.

0,015

0,18

0,083



Итого RВ





0,179

                                        Слой под трубами.

4

Цементно-песчаная стяжка

0,015

0,93

0,016

5

Пеноплекс 35

0,03

0,032

0,94

6

Перекрытие пола





-



Итого   RН





0,956


         2.2.2   Средняя температура теплоносителя



Где:   - температура подачи

 - температура обратки



2.2.3 Приведённое термическое сопротивление над трубами.



Где:     где:   – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции.



2.2.4 Приведённое термическое сопротивление под трубами (внизу отапливаемое помещение с такой  же температурой).





2.2.5 Угол между поверхностью пола и линией максимального термического сопротивления (вверх), градусы:



Где:  0,039 м – Суммарная толщина слоёв над трубами. 



 0,10м – Шаг укладки труб.






2.2.6  Максимальное термическое сопротивление слоев над трубой 



Где: RB = 0,179  - Термическое сопротивление слоёв над трубами.





2.2.7 Отношение тепловых потоков «вверх вниз». 



Где:   



 (м) – Внутренний диаметр труб.



 - Коэффициент теплопроводности материала труб. 

Коэффициент внутренней теплоотдачи (передача тепла от теплоносителя к внутренней поверхности труб)









2.2.8 Приведённое термическое сопротивление трубок. 







2.2.9 Тепловой поток по направлению вверьх.



Где:  0,10 м – Шаг укладки труб.



2.2.10 Тепловой поток по направлению ввниз.





2.2.11 Суммарный удельный  тепловой поток.





2.2.12 Суммарный удельный  тепловой поток на погонный метр тёплого пола.







2.2.13 Максимальная температура поверхности пола.





2.2.14  Минимальная температура поверхности пола.





2.2.15 Средняя температура поверхности пола.



Данная температура  меньше нормируемой, для зон с постоянным пребыванием людей

Согласно СП 60.13330.2012 п.6.4.8  температура пола в таких помещениях не должна быть выше 26 оС.   

2.3 Тепловая мощность системы  «Теплый пол»

2.3.1 Тепловая мощность системы  «Теплый пол» первый этаж

 Первый этаж вверх.



Где:



Первый этаж вниз.









2.3.2 Тепловая мощность системы  «Теплый пол» мансарда.

Мансарда вверх.



Где: 



Мансарда вниз.



2.3.3 Суммарная мощность системы «Тёплый пол»



Данной мощности при наружной температуре   -28ОС  недостаточно так-как требуемая мощность системы отопления, согласно расчёта теплопотерь через ограждающие конструкции и теплопотерь на инфильтрацию, составляет  15033 (Вт).

2.3.4  Требуемая дополнительная мощность. 



Эту мощность нужно компенсировать например установкой электрических конвекторов.




2.4 Гидравлический расчёт системы «Теплый пол».



























Рисунок 2.1  Схема ветви «Тёплого пола».

 2.4.1 Длина труб системы «Тёплый пол»



Для трубы внутренним диаметром 16 мм, максимальная длина 100 метров, для создания системы потребуется 18 контуров длинной 97,4 м. По 9 контуров на 1 этаж и мансарду.

2.4.4 Мощность одного контура



2.4.5 Расход теплоносителя, но один контур



Где:  с  - удельная теплоемкость воды, равная 4200 Дж/(кг?°С).

 – Температура подачи теплоносителя

 – Температура обратки теплоносителя

3,6 – Преобразование Вт,  в  Дж.



2.4.6 Скорость потока при выбранном внутреннем диаметре труб (16мм).







2.4.7  Потери напора по длине трубопровода контура.



Число Рейнольдса.



Где:  - гидравлический радиус для круглой трубы.

v = 1,787* 10 -6 (м2/с)  -  кинематическая вязкость воды при t = 0 oC 



Коэффициента гидравлического трения 

Re < 2300  Движение, ламинарное.





Потери напора по длине трубопровода.

Где: l=97,4 м  – длина трубопровода одного контура «Тёплогого пола.



Потери на местные сопротивления.



Где:    ??МС – коэффициент местного сопротивления

? плавный пов тр 90о (R / d =0,5) = 0,9  -  59 шт. 



Полные потери напора в контуре





Расход теплоносителя по всей системе тёплый пол.



Требуемая производительность циркуляционного насоса   1,94 (м3/ч).
















3.СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕПЛОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Общие о насосных установках

Тепловые – это чистые, и компактные системы получать для, жилых и зданий, и для их водоснабжения, за счёт тепла низкопотенциального источника  путём переноса его к с высокой температурой. В источника низкопотенциального может использоваться: поверхностных, грунтовых или вод, тепло,  тепло земных недр или воздух, выброс вентиляции.

Использование водоёмов.

Применение в источника тепла поверхностного водоёма,  является наиболее дешёвым вариантом.  Коллектор размещается в водоёме (озере, пруду, реке), по дну ниже промерзания, извилисто или  кольцами, чтобы предотвратить его он грузами.  

В водоёма в качестве  источника тепла,   есть свои сложности:  водоём должен, в неп.......................