Теплоснабжение административного здания с использованием нетрадиционного источника энергии

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»


Факультет: Энергетический

Кафедра: Теплоэнергетика и физика

Направление: 2.13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника

Профиль подготовки: Энергообеспечение предприятий

Форма обучения: Очная





ЯСЫБАЕВ ИЛЬНАЗ РАФИЛОВИЧ


ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ АДМИНИСТРАТИВНОГО ЗДАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕТРАДИЦИОННОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ



Выпускная квалификационная работа



Руководитель: к.т.н., ст.преп. Махиянов У.А.
(ученая степень, звание, Ф.И.О.)
_________________
(подпись)
Консультанты:
- по экономике ст.преп. Кипчакбаева Э.Р
(ученая степень, звание, Ф.И.О.)

_________________
(подпись)









«К защите допускаю»

И.о. зав. кафедрой: к.т.н., Гайсин Э.М.

(ученая степень, звание, Ф.И.О.)


- по безопасности и
экологичности к.т.н., ст.преп. Махиянов У.А.

(ученая степень, звание, Ф.И.О.)
_________________
(подпись)

Нормоконтроль: к.т.н., ст.преп. Махиянов У.А.

(ученая степень, звание, Ф.И.О.)
_________________

(подпись)


_________________
Рецензент: к.т.н., доцент Туктаров М.Ф.




(подпись)

(ученая степень, звание, Ф.И.О.)
«____»_____________2018 г.
_________________


(подпись)




Уфа 2018


ВВЕДЕНИЕ





В современном обществе экология и безопасность при получении энергии

в приоритете. И значительное внимание предоставляется на использование не-

традиционных источников энергии. Это хорошее пополнение к классическому получению энергии.

     Из мирового производства исходных энергоресурсов наша страна потреб-ляет около 20…25%. Это приводит к экологическим проблемам относящихся с засорением нашей природы, а также увеличивается себестоимость традиционно-го топлива. Для улучшения экологии и замены использования ресурсов органи-ческого нефтетоплива, все больше привлекается нетрадиционные источники биоэнергии. Солнечное радиоизлучение, ветровая энергия и теплонасосные установки по приблизительным расчетам в ближайшие 10…15 лет будут зани-мать значительные роль в мировой энергетике.

      В настоящий период, развития теплонасосных устройтв, растет стреми-тельными темпами. Из за собственной экологичности и энергетически эффек-тивности эксплуатирование тепловых насосов пердставляется высокоперспек-тивным источником тепловой энергии для энергопотребителей. Данное устрой-ство в качестве источника эксплуатирует низкопотенциальную энергию: грунто-вых вод, самого грунта, воздуха, а кроме этого может использовать вторичную воду из трубопроводов центрального отопления. С целью обоспечения лучшей выработки тепла теплонасосы оборудованы дистанционной способом управле-ния - благодаря измерителей температуры в отопительной системе пристраива-ется к изменениям внешней температуры.

      Такие системы с тепловыми насосами довольно выгодны в обслуживании и в эксплуатировании, но сами тепловые насосы могут стоить намного дороже, чем традиционные источники энергии, как газовые и системы кондиционирова-



Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
1





ния, однако за годы эксплуатации экономия при отапливании будут колоссаль-ными.

      Невысокое потребление и значительная экономность добивается в ре-зультате значительного коэффициента преобразования теплонасосной системы, которое позволяет за 1 кВт потраченной энергии получать 4…8 кВт тепловой энергии.

       Тепловой насос является долговечным и служить без какого либо внима-ния, его срок службы достигает от 30 до 50 лет. Будет греть в самые прохладные зимы, а летом кондиционированием и бесперебойным снабжением горячей воды для ванны и даже сможет подогревать бассейны. Абсолютно уходит потребность

в обслуживании, так как после заправки фреоном нет необходимости пополнять его.

Экономность тепловых насосов состоит в том, что поставив этот тепло-

вой насос значительно уменьшается затраты на установку кондиционера и ото-пительного котла.

     Обычно такие установки применяются для не полной замены котельных агрегатов работающих на органическом топливе, а также может применятся для кондиционирования воздуха в летнее время.

     Исходя из этого, задачей данного проекта является изучение, выбор тепло-вого насоса и рассчитывание его составляющих.

























Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
2






1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ПРОБЛЕМЫ





      Проблема заключается в том, что использование для отопления санато-рия «ТАЛКАС» с помощью газа приводит к загрязнению природы.

      Для отопление здания используя газ приводит к химическому влиянию на атмосферу, а также тепловому загрязнению. После излучение тепла в атмосфер-ный воздух или в водохранилище увеличивается средняя температура воды это явление называется тепловым загрязнением. Из за жизнедеятельности человека выделяется парниковые газы, которые может провести к глобальному потепле-нию. Для транспортировки традиционного топлива требуется теплотрассы, газо-вые трубы, коммунальные отводы которые в свою очередь повышают темпера-туру почвы, что отрицательно влияет на саму почву. В зимнее время также вли-яет на таяние снега и отмораживанию верхних слоев грунта и в летнее время по-верхность почвы сильно нагреваться, которое приводит к высыханию и приво-дит к негативному воздействию к растительности и живым микроорганизмам.

      При отказе от использования горючего топлива и перехода на нетрадици-онные источники энергии как солнечная энергия, ветровая, геотермальная и энергию приливов и отливов можно предотвратить тепловое загрязнение нашей планеты.


1.1 Общая характеристика предприятия



      Лечебно-профилактический санаторий «ТАЛКАС», разместился в Бай-макском районе в деревне Исяново на побережье озера Талкас. Она же находит-ся на 31 км от столицы города Баймак.

      Зимний период относительно холодная, в летнее время средняя темпера-тура за июль 21°С. 1931 году была открыта как база отдыха Тубинского рудни-



Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
3





ка, дом отдыха с 1933 году и с 1956 года была переименована на дом отдыха «Баймакский». По постановлению президента Республики Башкортостан в 2005 году переназван в государственное унитарное организацию санаторий «Тал-кас».

      Санаторий круглогодично предоставляет 235 мест в летнее время и 126 в зимнее.

Для лечения предоставляется всевозможные  факторы:

      - погодные условия сухой горный воздух, чистым воздухом, солнечным лечением;

- диетотерапия  для любого недуга лечащим врачом выбирается  подхо-

дящая диета. Для приготовления питания в столовой применяется здешние, эко-логически чистые продукты;

      - водо- и грязелечение включающие в себя прием ванн с различными до-бавками;

      - физиотерапевтические процедуры лазеро- и магнитотерапия, лечение аппаратами УВЧ, дарсонвализация.

Методы лечения:

1) Грязевая аппликация;

2) Лазеротерапия;

3) Механический массаж;

4) Лечение в соляной;

5) SPA-процедуры;

6) Вытяжение или тракция позвоночника;

7) Грязевые ванны;

8) Физиотерапия;

9) Гидромассаж;

10) Озонотерапия;

11) Акупунктура;

12) Ингаляция.




Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
4





1.2 Анализ экономической деятельности



      В 2015 году санаторий «ТАЛКАС» получил чистый убыток в размере 15,33 млн. руб. несмотря на прибыль в размере в 31,00 тыс. руб. в прошлом году. Торговля организации уменьшилось на 19,34% до 42,32 млн. руб. Доход же со-ставило 14,32 млн. руб.

      За 2016 год уменьшилось на 32,43% до 11,23 млн. руб. с 14,32 млн. руб. за подобное время прошлого года. Торговля компании возросла на 1,98% до 43,65 млн. руб. с 42,32 млн. руб. Торговые расходы организации увеличились в 1,86 раза до 161,00 тыс. руб. Административные расходы получились 27,22 млн. руб. Потери от торговли за 2016 год повысился на 24,01% до 11,14 млн. руб. с 14,32 млн. руб. . за такое же время предыдущего года.

      Потеря за 2017 год сократился на 14,97% до 8,85 млн. руб. с 11,14 млн. руб. за подобное время прошлого года. Доход организации уменьшилась на 35,6% до 22,52 млн. руб. с 43,65 млн. руб. годом ранее. Общий убыток за данный год составил 3,77 млн. руб. против прибыли в 11,23 млн. руб. годом ранее. Поте-ри до налогообложения организации за 2017 год увеличился на 16,77% до 10,15 млн. руб. с 11,14 млн. руб. за такое же время предыдущего года.

      Чистый убыток в 2018 году повысился на 14,12% до 11,39 млн. руб. с 8,85 млн. руб. за такое же время предыдущего года. По результатам за 2018 год повысился прибыль на 35,78% до 29,50 млн. руб. с 22,52 млн. руб. за такое же время предыдущего года. Общий доход организации получилось 9,49 млн. руб. Потеря до налогообложения организации уменьшился на 14,32% до 11,89 млн. руб. с 10,15 млн. руб.

      После рассмотрения материального благополучия данной организации существенно похуже материальное положения половины всех микро предприя-тий, работающих таким же видом функционирования санаторно-курортных учреждений. При этом материальные возможности предприятия довольно много не менялось. По соотношению материальных данных предприятия со средними



Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
5





показателями для всех форм деятельности позволяет совершить такого типа за-ключение. Денежная проблема заведений санаторий "ТАЛКАС" Республики Башкортостан в разы хуже, чем у сравнимых по объему работы большинство предприятий Российской Федерации.

Таблица 1.1 Цены санаторно-курортных путевок с полным курсом лече-ния с 10.01.2018 по 25.12.2018.

Номер


Основное (руб.)

Основное без лечения











(руб.)
















Коттедж (2 местный)


2000 с лечением


800































Корпус №2




















2-х местный


2000




800

















3-х местный


1900




600





















Корпус №5












1-местный 2-х комнат-

2300 с лечением

1000


ный



























2-х местный


2000 с лечением


800





















Корпус №6












2-х местный


2100 с лечением


800

















3-х местный


1900 с лечением


700










































Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
6






2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЗДАНИЯ





2.1 Расчет теплопотерь через наружные стенки здания



     Стены здания изготовлены толщиной в два кирпича. Покрыты с внутрен-ней и наружной стороны известковой штукатуркой.






























          Рисунок 1.1 - Расчетная схема внешней стены здания Данные для расчета:

нар = ?31 - температура наружного воздуха для Баймакского района, нв = 18 - температура воздуха в административном помещении, вн = 0,018 м - толщина известковой штукатурки, нн = 0,022 м - толщина известковой штукатурки, к = 0,51 м - толщина кирпичной укладки,
вн = 0,7 мВт?? - коэффициент теплопроводности известковой штукатурки,



Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
7





нн = 0,7 мВт?? - коэффициент теплопроводности известковой штукатурки, к = 0,81 мВт??- коэффициент теплопроводности кирпичной укладки,
? = 3 м - высота этажа здания,

            = 4 мс - средняя скорость ветра за январь, преимущественное направле-ние – запад для Баймакского района,

зона влажности - сухая.

Планировка здания:
= 70,92 м - длина здания,
= 16,5 м - ширина здания,
= 3 - количество этажей.
Термическое сопротивление трехслойной стенки	ст , м2??.
Вт




=
вн
+
к
,

(2.1)

















ст

вн

к
















ст =
0,018

+
0,022
+
0,51
= 0,68
м2 ? ?
.
















0,7


0,7


0,81

Вт

















     Термическое сопротивление по внутренней поверхности стенки при есте-ственной циркулировании
вн =
1
.
(2.2)







к.вн


Коэффициент теплоотдачи	к.вн является функцией от критериев Gr и Pr

к.вн =  (   ?   ) .

Определим критерий Грасгофа
=	в ? ?3 ?	? ?  ,
2
где	в - температурный коэффициент объемного расширения
1
в = вн + 273 ,
в =
1

= 0,003436
1

;


18 + 273

К










(2.3)
(2.4)
(2.5)





Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
8






где	= 9,81 см2 - ускорение свободного падения; ?  - разность температур «горячей» и «холодной» поверхностей
?  = вн ? вн.п .

Примем температуру на внутренней поверхности стенки равной вн.п. = 8,5?, тогда ?  = 18 ? 8,5 = 9,5?;
- коэффициент кинематической вязкости воздуха, при  вн = 18 ?
мем	= 14,88 ? 10?6 м2.
с

Тогда критерий Грасгофа равен
0,003436 ? 33 ? 9,81 ? 9,5
=	= 3,904 ? 1010.


(2.6)





при-



При нв = 18 по таблице = 0,7034 тогда ? = 3,904 ? 1010 ? 0,7034 = 2,74 ? 1010.

         При ? > 109 коэффициент теплоотдачи к.вн формуле

= 0,15 ? (   ?   )0,33 =	к.вн. ? ? в







можно определить по
(2.7)


к.вн. = ?в ? 0,15 ? (   ?   )0,33,
где	в - коэффициент теплопроводности воздуха, предположим для  нв
Вт
в = 2,574 ? 10?2	.

Коэффициент теплоотдачи


=
2,574 ? 10?2
? 0,15 ? (2,74 ? 1010)0,33 = 3,581
Вт

.


к.вн.

3,0

м2 ? ?



















Термическое сопротивление по внутренней поверхности стенки
вн =
1

= 0,279
м2 ? ?
.


3,581

Вт









Термическое сопротивление наружной поверхности стенки
1
нар =	нар


(2.8)
= 18















(2.9)




Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
9





       Напряженность теплообмена наружной стенки характеризуется коэффици-ентом теплоотдачи, который равен сумме конвективного коэффициента тепло-отдачи к.нар и коэффициента теплоотдачи излучением л.нар, т.е.
нар =  к.нар +  л.нар .
(2.10)
         Конвективный коэффициент теплоотдачи есть функция от числа Рейноль-дса к.нар =  (  
=
?
,
(2.11)












в



где	= 4 мс - скорость ветра;
- высота 3-х этажного здания,   =  ? ? = 3 ? 3,0 = 9,0 м;
в - коэффициент кинематической вязкости воздуха, примем по таблице при
нар = ?31	в = 10,79 ? 106 мс2.

Подставляя данные значений получим
4 ? 9,0
=	= 3,34 ? 106 .
10,79 ? 106
При	> 5 ? 105 можно воспользоваться следующей формулой



= 0,032 ? (  )0,8 =
к.нар ?
,




(2.12)






















в











=
в
? 0,032 ?
(  )0,8,



(2.13)





к.нар













































где   в  -  коэффициент  теплопроводности,
в = 0,022

Вт

при  температуре



м??

















нар = ?31 ? .

















Подставив значения в формулу (1.13) получим








=
0,022

? 0,032 ? (3,34 ? 106)0,8 = 12,95



Вт
.


к.нар












9,0









м2 ? ?















Предположим, что температура на наружной поверхности стенки равна
нар.п = ?32,5 ?.

Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формуле






Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
10










273 + нар.п



4










4






(

)
? (
273 + нар
)






л.нар = с ?  ?



100












100





,


(2.14)
















































нар.п ? нар










































273 ? 32,5



4




273 ? 31
4









(









)

? (







)







Вт






100






100












л.нар = 5,7 ? 0,9 ?























= 2,882


.








?32,5 + 31











м2
? ?































Подставляя значения, получим коэффициент теплоотдачи наружной стен-

ки




































нар = 12,95 + 2,882 = 15,832


Вт
.












































м2 ? ?






Термическое сопротивление на наружной поверхности стенки



нар =



1




= 0,063

м2 ? ?

.









15,832



Вт












































Общее термическое сопротивление
























=  вн +  ст +  нар,












(2.15)





























м2 ? ?




= 0,279 + 0,68 + 0,063 = 1,022





.









Вт





Температура наружной поверхности стенки
















=    +
вн ? нар
?



,






(2.16)





















нар.п



нар














нар

















































нар.п = ?31 +
18 + 31

? 0,063 = ?27,9 ? .







1,022










































Температура внутренней поверхности стенки















=



?
вн ? нар
?   ,








(2.17)





















вн.п


вн













вн



















































вн.п = 18 ?
18 + 31
? 0,279 = 4,6 ? .









1,022













































Определение теплопотерь

     Используем последующую формулу для расчета теплопотерь через стены этого здания

=   ?
вн ? нар
?  ? (1 +  ) ,
(2.18)







ст
ст










где	ст - площадь поверхности ограждения;


Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
11





- термическое сопротивление ограждения;

        - коэффициент, учитывающий позицию ограждающих конструкций по от-ношению к наружному воздуху, для стен = 1;

     - коэффициент, учитывающий долю добавочного тепла к ограждениям в зависимости от ориентации ограждения к сторонам света:

север = 0,1, юг = 0,05,
восток   = 0,1,
запад   = 0,05.

Находим площадь окна



ок = ок ? ?ок ,


(2.19)


= 1,56 ? 1,46 = 2,277 м2.




ок






Площадь северной стены здания находим по формуле



сев =  ?  ?  сев ?   ,

(2.20)


т
ок
ок












севт = 16,5 ? 9 ? 3 ? 2,277 = 130,64 м2.













Потери через северную стену






сев = 130,64 ?
18 + 31

? 1 ? (1 + 0,1) = 6,88 кВт.









ст
1,022
















Площадь поверхности западной стены здания




зап =  ?  ?  зап ?
?  зап
?   ,
(2.21)


ст
ок
ок
дв
дв


зап = 70,92 ? 9 ? 60 ? 2,277 ? (2 ? 1,41 ? 1 + 1,8 ? 2) = 495,24 м2.


ст











Потери через западную стену






зап
= 495,24 ?
18 + 31
? 1 ? (1 + 0,05) = 24,93 кВт.








ст
1,022


















Площадь поверхности восточной стены здания




вост =  ?  ?  вост
?
?  вост ?   ,
(2.22)


ст
ок
ок
дв
дв


вост = 70,92 ? 9 ? 66 ? 2,277 = 487,99 м2.
ст
вост = 487,99 ? 18 + 31 ? 1 ? (1 + 0,1) = 25,73 кВт.

ст1,022


Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
12






Площадь поверхности южной стены здания



юж =  ?  ?  сев
?   ,

(2.23)

ст



ок
ок



стюж = 16,5 ? 9 ? 5 ? 2,277 = 137,11 м2.


Потери через южную стену





юж = 148,5 ?
18 + 31

? 1 ? (1 + 0,05) = 7,47 кВт.








ст
1,022














Теплопотери через наружные стены здания




=  сев +  зап +  вост +  юж,
(2.24)

т

ст
ст
ст
ст


т = 6,88 + 24,93 + 25,73 + 7,47 = 65,01 кВт.



2.2 Расчет теплопотерь через окна здания



     В административном здании стены двухслойные и плоские. Стекла имеют толщину 1,5 мм и из за малой толщины термическим сопротивлением можно пренебречь. Учитывается только воздушная прослойка, которая равна =0,16 м.

Ради упрощения расчета сложный процесс конвективного теплообмена в воз-душной прослойке заменяется на простое явление теплопроводности, включая при этом понятие эквивалентного коэффициента теплопроводности эк.

Термическое сопротивление воздушной прослойки
пр =

.
(2.25)







эк


Если разделить	эк на коэффициент теплопроводности воздуха   в, то по-
лучим безразмерную величину	к =	эк, которая характеризует собой влияние
в
конвекции и называется коэффициентом конвекции	=  (   ? Pr).

Критерий Грасгофа


?  3 ?  ? ? 



=
в

.
(2.26)



2











в



          Допустим, что температура наружной поверхности окна нар.п = ?32,5 ?, а температура внутренней поверхности окна вн.п = 9,0 ?, тогда средняя темпе-



Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
13






ратура воздушной прослойки:



ср = 0,5 ? ( нар.п + вн.п),

(2.27)

ср = 0,5 ? (?32,5 + 9,0) = ?11,7 ? .



При этой температуре физические свойства воздуха:



- коэффициент теплопроводности воздуха  в = 0,024
Вт
;


м??






- коэффициент кинематической вязкости воздуха	в = 12,54 ? 106 м2;
с
- число Прандтля= 0,71085.
=
1
=
1
= 0,003827
1
-  коэффициент  объемного  расши-









в
ср+273

?11,7+273

К











рения,

?  = вн.п ? нар.п = 9,0 + 32,5 = 41,8 ? - перепад температур, =0,16 - толщина воздушной прослойки.

Подставляя значения в формулу, получим
0,003827 ? 0,163 ? 9,81 ? 47,8
=	= 586,3 ? 106.

Произведение критерия Грасгофа на число Прандтля равно
?	= 586,3 ? 106 ? 0,71085 = 416,7 ? 106.
При	?	> 103 можно использовать следующую зависимость
= 0,18 ? (   ?   )0,25
,
(1.28)
к



= 0,18 ? (416,7 ? 106)0,25 = 25,717.

к










Эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушной прослойки


эк = к ? в,

(2.29)

эк = 25,717 ? 0,024 = 0,512
Вт
.













м ? ?

Термическое сопротивление воздушной прослойки


пр
=

,

(2.30)













эк






0,16




м2 ? ?

пр =


= 0,312


.



0,512

Вт















Термическое сопротивление у внутренней поверхности окна


Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
14






вн =
1
.
(2.31)







к.вн


     В зданиях как правило, бывает естественная циркулирование воздуха. Конвективный коэффициент теплоотдачи при естественной циркулировании воздуха
к.вн =  (   ?   ) .
(2.32)

Найдем эти критерии при температуре воздуха в помещении  нв = 18
? и

высоте окна  = 1,56 м. При этой температуре физические свойства воздуха:


- коэффициент теплопроводности воздуха  в = 2,574 ? 10?2
Вт
;








м??


- коэффициент кинематической вязкости воздуха	в = 14,88 ? 10?6 м2;
с
- число Прандтля= 0,7034.
=
1
=
1
= 0,003436
1
- коэффициент объемного расширения,










в
вн+273

18+273



К


















?  = вн ? вн.п = 18 ? 9 = 9 ? - перепад температур.


Критерий Грасгофа

















? 3 ?  ? ? 










=
в



,


(2.33)








2


























в







=
0,003436 ? 1,563 ? 9,81 ? 9
= 7,739 ? 109 .






(14,88 ? 10?6)

















Произведение критерия Грасгофа на число Прандтля равно ?   = 7,739 ? 109 ? 0,7034 = 5,443 ? 109 . При    ?   > 109 рекомендуется использовать следующую формулу


= 0,15 ? (   ? Pr)0,33 =

к.вн ?
.
(2.34)

















в



Следовательно












=
в
? 0,15 ? (   ?
  )0,33 ,
(2.35)





















к.вн























=
2,574 ? 10?2
? 0,15 ? (5,443 ? 109)0,33 = 3,549
Вт









к.вн

1,56







м ? ?














Термическое сопротивление у внутренней поверхности окна




Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
15






вн =
1

= 0,282
м2 ? ?
.


3,549

Вт









Термическое сопротивление на наружной поверхности окна
нар =
1
.
(2,36)







нар


        Интенсивность теплообмена наружной поверхности окна характеризуется коэффициентом теплоотдачи, который равен сумме конвективного коэффици-ента теплоотдачи к.нар и коэффициента теплоотдачи излучением л.нар, т.е.
нар =  к.нар+ л.нар .
(2.37)
         Конвективный коэффициент теплоотдачи есть функция от числа Рейноль-дса к.нар =  (  )
=
?
,
(2.38)












в



где	= 4 мс - скорость ветра;
= 1,56 м - высота окна;
в - коэффициент кинематической вязкости воздуха, примем по таблице при
нар = ?31	в = 10,79 ? 106 мс2.

Подставляя данные значений, получим
4 ? 1,56
=	= 5,783 ? 105 .
10,79 ? 106
При	> 5 ? 105 можно воспользоваться следующей формулой



= 0,032 ? (  )0,8 =
к.нар ?
,

(2.39)



















в








=
в
? 0,032 ? (  )0,8,

(2.40)





к.нар


































Подставив значения в формулу, получим







=
2,264 ? 10?2
? 0,032 ? (5,783 ? 105)0,8 = 18,907
Вт
.


к.нар

1,56


м ? ?































Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формуле





Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
16











4



4







(
273 + нар.п
)
?
(
273 + нар
)





л.нар = с ?  ?


100




100






(2.41)





















нар.п
? нар

























273 ? 32,5
4

273 ? 31
4








(


) ? (


)



Вт


л.нар = 5,7 ? 0,9 ?

100

100

= 2,881

.



















?32,5 + 31


м2
? ?
















     Подставляя значения, получим коэффициент теплоотдачи наружной по-верхности окна
Вт
нар = 18,907 + 2,881 = 21,788 м2 ? ? .
Термическое сопротивление на наружной поверхности окна
нар =
1

= 0,045
м2
? ?
.


21,788

Вт









Общее термическое сопротивление

=  вн +  пр +  нар , (1.42)











м2 ? ?

= 0,282 + 0,312 + 0,045 = 0,639

.


Вт


Проверка принятых температур на наружной и внутренней поверхностях

окна.










Температура наружной поверхности окна






=

+
вн ? нар
?,
(2.43)











нар.п
нар


нар













нар.п
= ?31 +
18 + 31
? 0,049 = ?33 ? .










0,639






Температура внутренней поверхности окна

=
?
вн ? нар
?   ,
(2.44)








вн.п
вн


вн









18 + 31
вн.п = 18 ?	0,639 ? 0,282 = 9,17 ? .
Определение теплопотерь через окна

Расчет теплопотерь через окна здания используется формула

=   ?
вн ? нар
?  ? (1 +  ).
(2.45)







ок
ок












Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
17





     Площади поверхности окон на северной, западной, восточной и южной сторонах здания соответственно равны
ок = ок ?  ок,	(2.46)
оксев = 2,277 ? 3 = 6,83 м2 ,
окзап = 2,277 ? 60 = 136,62 м2,
оквост = 2,277 ? 66 = 150,282 м2,
окюж = 2,277 ? 5 = 11,38 м2.

     Потери через окна на северной, западной, восточной и южной сторонах здания
сев = 6,83 ?
18 + 31
? 1 ? (1 + 0,1) = 0,438 кВт,





ок
0,84







зап = 136,62 ?
18 + 31
? 1 ? (1 + 0,05) = 8,367 кВт,





ок
0,84







вост = 150,282 ?
18 + 31
? 1 ? (1 + 0,1) = 9,643 кВт,






ок
0,84






юг = 11,38 ?
18 + 31
? 1 ? (1 + 0,05) = 0,697 кВт.





ок
0,84









Общие теплопотери через окна здания

=  сев +  сев +  вост +  юг ,
(2.47)
ок
ококок
ок

ок = 0,438 + 8,367 + 9,643 + 0,697 = 19,145 кВт.



2.3 Расчет теплопотерь через бесчердачное перекрытие
Перекрытие состоит из плиты железобетонной
пл = 0,20 м, гравия ке-

рамзитового плотностью   = 800
кг



= 0,24 м,
цементной стяжки=


м3








гр



цем

0,06 м и одним слоем рубероида толщиной  руб = 0,005.

Коэффициенты теплопередачи








пл = 1,92


Вт
,














м ? ?


гр = 0,21


Вт
,












м ? ?



Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
18





Вт
цем = 0,76 м ? ?,
Вт
руб = 0,17 м ? ? .
Термическое сопротивление поверхности бесчердачного перекрытия.

Термическое сопротивление перекрытия



=
пл
+
гр
+
цем
+
руб
,



(2.48)




















чер


пл

гр


цем
руб























чер =
0,20

+
0,24
+
0,06
+
0,005
= 1,355
м2
? ?
.























1,92


0,21

0,76

0,17

Вт




















Термическое  сопротивление  на  внутренней  поверхности  бесчердачного

перекрытия





























вн =

1
,






(2.49)






























к.вн







где  к.вн - коэффициент теплоотдачи, зависящий от критериев
Gr
и
Pr












к.вн =  (   ?   )





(2.50)

Найдем эти критерии при температуре воздуха в помещении	нв = 18 ?.

При этой температуре физические свойства воздуха:
коэффициент теплопроводности воздуха	в = 2,574 ? 10?2	Вт ;
м??
коэффициент кинематической вязкости воздуха	0в = 14,88 ? 10?6 м2;
с

число Прандтля Pr=0,7034.

           Пусть вн.п. = 16 ? - температура на внутренней поверхности бесчердач-ного перекрытия, тогда

?  = вн ? вн.п.,
(2.51)

?  = 18 ? 16 = 2,












=
1

=


1

= 0,003436
1
.













+ 273

18 + 273

К



вн










Критерий Грасгофа
















?  3 ?  ? ? 




=

в



,
(2.52)





2






















в







Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
19










0,003436 ? 16,53 ? 9,81 ? 2









=











= 1,367 ? 1012,








(14,88 ? 10?6)2























где B=16,5 - ширина бесчердачного перекрытия.






Произведение критерия Грасгофа на число Прандтля равно


?   = 1,367 ? 1012 ? 0,7034 = 0,961 ? 1012.




При?   > 109 рекомендуется использовать следующую формулу



= 0,135 ? (   ?   )0,333 =

к.вн. ?


(2.53)






в



























Следовательно





















=

в
? 0,135 ? (   ?
  )0,333,


(2.54)






























к.вн.








































=

2,574 ? 10?2
? 0,135 ? (0,961 ? 1012)0,333 = 2,059
Вт
.












к.вн.

16,5














м2 ? ?






















Термическое  сопротивление  на  внутренней  поверхности  бесчердачного

перекрытия:


























вн =
1

= 0,485
м2
? ?
.









2,059


Вт
























     Термическое сопротивление на наружной поверхности бесчердачного пе-рекрытия
нар =
1

(2.55)


нар






Насыщенность теплообмена наружной поверхности бесчердачного пере-

крытия характеризуется коэффициентом теплоотдачи


нар =  к.нар .
(2.56)

         Конвективный коэффициент теплоотдачи есть функция от числа Рейноль-дса к.нар =  (  )
=
?
,
(2.57)












в



где	= 4 мс - скорость ветра;






Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
20





в - коэффициент кинематической вязкости воздуха, примем по таблице
при
= ?31   = 10,79 ? 106
м2
.






нар
в
с








Подставляя данные значений, получим
4 ? 16,5
=	= 6,116 ? 106 .
10,79 ? 10?6
При	> 5 ? 105 можно воспользоваться следующей формулой


= 0,032 ? (  )0,8 =
к.нар ?
,

(2.58)

















в










=
в
? 0,032 ? (  )0,8,

(2.59)





к.нар




































гдев  -  коэффициент
теплопроводности,
в = 0,022
Вт

,при  температуре


















м??

нар = ?31 ?.














Подставив значения в формулу, получим






=
0,022
? 0,032 ? (6,116 ? 106)0,8 = 11,462

Вт
.









к.нар
16,5








м2 ? ?













Предположим, что температура на наружной поверхности бесчердачного
перекрытия равна	нар.п = ?34 ?.

Коэффициент теплоотдачи излучением определяется по формуле





4




4






(
273 + нар.п
)
? (
273 + нар
)





л.нар = с ?  ?



100




100



,


(2.60)























нар.п
? нар


























273 ? 34
4


273 ? 31

4








(


) ?
(


)




Вт


л.нар = 5,7 ? 0,9 ?

100


100


= 2,854

.




















?34 + 31



м2
? ?
















     Подставляя значения, получим коэффициент теплоотдачи наружной по-верхности бесчердачного перекрытия
Вт
нар = 11,462 + 2,854 = 14,316 м2 ? ? .

     Термическое сопротивление на наружной поверхности бесчердачного пе-рекрытия




Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
21






нар =
1

= 0,069
м2
? ?
.


14,316

Вт









Общее термическое сопротивление



=  вн +  чер +  нар,
(2.61)


м2 ? ?

= 0,485 + 1,355 + 0,069 = 1,909

.


Вт



     Проверка ранее принятых температур на наружной и внутренней поверх-ностях бесчердачного перекрытия

Температура наружной поверхности бесчердачного перекрытия

=
+
вн ? нар
?    ,
(2.62)








нар.п
нар


нар









18 + 31
нар.п = ?31 +	1,909 ? 0,069 = ?32,7 ? .
Температура внутренней поверхности бесчердачного перекрытия

=
?
вн ? нар
?   ,
(2.63)








вн.п
вн


вн









18 + 31
вн.п = 18 ?	1,708 ? 0,485 = 16,6 ? .

        Так как расхождение значений заданных и рассчитанных температур меньше 0,5 ?, то перерасчет не производим.

Определение теплопотерь

=    ?
вн ? нар
?  ,
(2.64)







чер
чер










где=  ?  = 16,5 ? 70,92 = 1170,18 м2  -
площадь
бесчердачного  пере-

чер






крытия;

=1 - для перекрытий, соприкасающихся с наружным воздухом.

Теплопотери через бесчердачное перекрытие здания
18 + 31
чер = 1170,18 ?	1,708 ? 1 = 33,57 кВт.








Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
22





2.4 Расчет теплопотерь через полы, расположенные на грунте




Исходные данные:
























              Рисунок 1.2 - Расчетная схема полов здания 1 - несущий элемент:

толщина 1 = 0,22 м, коэффициент теплопроводности 1 = 1,92 мВт?? ; 2 - пароизоляционный слой:

толщина 2 = 0,016 м, коэффициент теплопроводности 2 = 0,17 мВт?? 3 - утеплитель:

толщина 3 = 0,13 м, коэффициент теплопроводности 3 = 0,041 мВт?? 4 - выравнивающая стяжка:

толщина 4 = 0,05 м, коэффициент теплопроводности 4 = 0,87 мВт?? ; 5 - покрытие:
Вт
толщина	5 = 0,025 м, коэффициент теплопроводности  5 = 0,2 м?? .
Длина пола:	= 70,92 м.










































;




;


     Потери тепла через полы, расположенные на грунте или лагах, определим по зонам-полосам шириной 2м, соответствующим наружным стенам здания.


Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
23



























  Рисунок 1.3 - Расчетная схема пола дома, расположенного на грунте. Если термическое сопротивление имеет малое сопротивление, то полоса

будет расположена ближе наружной стенки.

      Термическое сопротивление теплопередаче отдельных зон неутепленных полов на грунте
Коэффициент теплопроводности плиты перекрытия> 1,16
Вт
, значит
























1
м??

























I:
= 2,15
м3??
;

































н.I




Вт




























II:

= 4,3
м3??
;

































н.II



Вт




























III:


= 8,6
м3??
;































н.III



Вт





























IV:


= 14,2
м3??
.




























н.IV




Вт






























Сопротивление теплопередаче утепляющих слоев




































=
?
у.с
.



(2.65)


































у.с



у.с










































  =2





Подставим все известные значения в формулу














у.с =
0,13

= 3,17
м2 ? ?
.














0,041

Вт


























Сопротивление теплопередаче утепленных полов



Лист


Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата



ЭА 14.0414.00 ПЗ
24





Определяем для каждой зоны по формуле:









у.п =  н +  у.с .
(2.66)

I:
=
+
= 2,15 + 3,17 = 5,32
м2??
.
















у.п.I


н.I


у.с




Вт
















II:

=

+

= 4,3 + 3,17 = 7,47
м2??
.


















у.п.II

н.I

у.с



Вт
















III:


=

+

= 8,6 + 3,17 = 11,77
м2??
.

















у.п.III

н.I

у.с



Вт

















IV:


=

+

= 14,2 + 3,17 = 17,37
м2??
.














у.п.IV

н.I

у.с






Вт





















Определение площадей зон
I =	? 4 +	? 4 = 70,92 ? 4 + 16,5 ? 4 = 349,68 м2,
II = (А ? 4) ? 4 + (В ? 8) ? 4 = (70,92 ? 4) ? 4 + (16,5 ? 8) ? 4 = 301,68 м2,
= (А ? 8) ? 4 + (В ? 12) ? 4 = (70,92 ? 8) ? 4 + (16,5 ? 12) ? 4 = 269,68 м2,

III
























= (А ? 12) ? (В ? 12) = (70,92 ? 8) ? (16,5 ? 12) = 265,14 м2.


IV























Потери тепла через пол
















=
(

I
+


II
+
III

+
IV
) ? ( 
?
) ,
(2.67)


























пол

у.п.I

у.п.II

у.п.III


вн
нар













у.п.IV




пол
= (
349,68

+
301,68

+
269,68
+
265,14
) ? (18 + 31) = 7,071 кВт.











17,37



5,32

7,47


11,77










2.5 Расчет теплопотерь через двери



Теплопотери через двери:

=   ?
вн ? нар
?  ? (1 +  ),
(2.68)







дв
дв










где.......................