Расчет теплопоступлений от солнечной радиации

Расчет теплопритоков (теплопоступлений) — одна из основных и часто встречающихся задач в области систем вентиляции и кондиционирования. Данный расчет проводится для каждого помещения в отдельности и необходим для определения мощности системы кондиционирования на объекте.

В данной статье будут рассмотрены все основные виды теплопритоков и дана методика их расчета. Более подробно этот вопрос рассматривается в УКЦ «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА» на курсе МП1 «Расчет теплового баланса, влагопоступлений, воздухообмена, построение I-d диаграмм. Мультизональное кондиционирование. Примеры решений».

Программа для расчета теплопритоков онлайн позволяет произвести необходимые расчеты непосредственно на нашем сайте. В качестве исходных данных требуются параметры помещения (площадь, температура воздуха, количество людей и наличие оборудования) и строительные характеристики здания (материал стен, ориентация окон и т.д.).

При расчете систем кондиционирования учитывают следующие виды теплопритоков:

1. Теплопритоки от солнечной радиации
2. Теплопритоки через ограждающие конструкции
3. Теплопритоки от людей
4. Теплопритоки от компьютеров и другого оборудования
5. Теплопритоки от освещения
6. Теплопритоки от вентиляции

Теплопритоки (теплопоступления) от солнечной радиации

Теплоприток от солнечной радиации — как правило, основное (самое большое) слагаемое в общей сумме теплопритоков. Данный теплоприток определяется интенсивностью солнечного излучения, которое проникает через остекление и нагревает различные поверхности в помещении.

Теплоприток от солнечной радиации (солнечные теплопоступления) зависят от:

• Географической широты расположения объекта: чем южнее, тем выше теплоприток
• Ориентации окон по сторонам света: теплоприток выше на юге, востоке, юго-востоке; ниже на севере.
• Затененности остекления: если солнце закрывают соседние здания, деревья или козырек, то приток ниже.
• Тонировка стекла.

Наиболее полная и научно-обоснованная методика расчета теплопритока от солнечной радиации приведена в Пособии 2.91 к СНиП 2.04.05-91 «Расчет поступления теплоты солнечной радиации в помещения» и занимает несколько страниц. Мы же используем упрощенную методику определения солнечных теплопоступлений на базе Таблицы 1 из этого пособия:

Q_ос = q·S_ос, где:

• q — удельная плотность теплового потока солнечной радиации, определяемая по таблице 1 в зависимости от широты и ориентации окон,
• S_ос — площадь окон в помещении.

Теплопритоки (теплопоступления) через стены и другие ограждающие конструкции

На сегодня теплопритоки через ограждающие конструкции — это самое маленькое слагаемое в сумме теплопритоков благодаря активному развитию отрасли строительных материалов и появлению по-настоящему энергосберегающих технологий.

К ограждающим конструкциям в помещении относят наружные стены, окна и кровлю, если этажом выше нет других помещений. Теплоприток через ограждающие конструкции зависит от следующих факторов:

1. Толщина и материал стен
2. Толщина и структура оконных блоков
3. Толщина и материал кровельного пирога для помещений на последнем этаже.

Теплоприток через ограждающие конструкции определяется как сумма теплопритоков через ограждения (стена/окно/кровля), каждое из которых рассчитывается по формуле:

Q_ок = S_ок · dT / r, где:

• S_ок — площадь рассматриваемой стены/окна/кровли (м²),
• dT — разность наружной и внутренней температуры (°С),
• r — термическое сопротивление ограждающей конструкции (°С·м²/Вт).

Величина r берется из технических данных производителя материала стен или рассчитывается по формуле:

1 / r = 1 / α₀ + δ₁ / α₁ + … + δ_m / α_m + 1 / α_n, где:

• α₀ — коэффициент теплоотдачи наружного материала стены,
• δ₁, δ₂ … δ_m — толщина слоев, образующих стену,
• δ₁, δ₂ … δ_m — теплопритоводность материалов слоев, образующих стену,
• α_n — коэффициент теплоотдачи внутреннего материала стены

Упрощенно для окон можно принимать r=0,4 °С·м²/Вт; для энергоэффективных стен r=5 °С·м²/Вт.

Теплопритоки (теплопоступления) от людей

Так как температура тела человека выше температуры воздуха в помещении, то каждый человек выделяет определенное количество тепла. Это количество зависит от:

• Физической нагрузки: чем выше нагрузка, тем больше тепла выделяет человек,
• Температуры воздуха в помещении: чем холоднее, тем больше тепла выделяет человек.

Более точные методики учитывают тот факт, что женщины и дети выделяют меньше тепла, чем мужчины.

В среднем, один человек выделяет 100-150Вт тепла. Но при увеличении физической нагрузки и снижении температуры эта цифра может возрасти до 300 Вт. Считается, что женщины выделяют на 15% тепла меньше, дети — на 25% тепла меньше.

Величина теплопритока от людей определяется по формуле:

Q_л = q_л · n, где:

• q_л — теплоприток одного человека (Вт),
• n — количество людей.

Если учитывать особенности женщин и детей, то формула несколько усложнится:

Q_л = q_л · n_муж + 0,85 · q_л · n_жен + 0,75 · q_л · n_дет

Теплопритоки (теплопоступления) от компьютеров и другого оборудования

Тепловыделение современного компьютера составляет около 300 Вт. Для более мощных компьютеров, например, у программистов или дизайнеров, выделяют до 500 Вт.

Теплопоступления от сервера также составляют 300-500-700 Вт, но если в ИТ-стойке установлено несколько серверов, то мощность такой стойки составляет от 2 до 10 кВт (подробнее читайте нашу рубрику «Кондиционирование ЦОД»).

Тепловыделение другого оборудования определяют по техническим характеристикам, но чаще всего при расчете теплопритоков его учитывают не полностью, а с понижающим коэффициентом, так как оборудование работает не постоянно. Например, для принтера в офисе принимают понижающий коэффициент 0,5, а для того же принтера дома мощно принять коэффициент 0,1.

Общая формула теплопритока от каждой единицы оборудования выглядит следующим образом:

Q_об = k · q, где:

• k — коэффициент загрузки (тот самый понижающий коэффициент)
• q — теплоприток от этого оборудования (зачастую можно принимать потребляемую мощность).

Теплопритоки (теплопоступления) от освещения

Наиболее просто теплоприток от освещения определить по суммарной мощности установленных светильников, так как вся подведенная к ним энергия в конечном итоге превратится в тепловую. Именно такой способ на сегодня видится наиболее перспективным ввиду появления различных типов светильников с различным КПД: у ламп накаливания энергопотребление значительно выше, чем у светодиодных светильников при том же уровне освещенности.

Если же данных о мощности светильников нет, то можно воспользоваться следующими более общими закономерностями в зависимости от типа светильников в помещении:

• Для ламп накаливания Q_осв = 25 · S,
• Для люминесцентных ламп Q_осв = 10 · S,
• Для светодиодных ламп Q_осв = 5 · S,

где S — площадь помещения в м².

Теплопритоки (теплопоступления) от вентиляции и инфильтрации

В любом помещении присутствует вентиляция (осознанный воздухообмен за счет работы естественной или принудительной системы вентиляции) или инфильтрация (утечки и перетечки воздуха). Теплоприток от вентиляции и инфильтрации определяется по формуле:

Q_вент = 0,338 · G · dT, где:

• G — расход воздуха (м³/ч),
• dT — разность наружной и внутренней температуры (°С).

Важно помнить, что если приточная установка оборудована охладителем воздуха, то теплоприток от вентиляции учитывать не следует: он учтен при расчете мощности этого охладителя.

В более общем случае это правило звучит следующим образом: суммарный теплоприток (с учетом вентиляции) снимается охладителем воздуха в приточной системе и кондиционерами. В каких именно пропорциях — решает инженер-проектировщик. Этот нюанс очень хорошо и детально поясняют в УКЦ «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА» курсе МП1 «Расчет теплового баланса, влагопоступлений, воздухообмена, построение I-d диаграмм. Мультизональное кондиционирование. Примеры решений».

Правильный расчет теплопритоков позволяет правильно определить тепловую нагрузку помещения, выбрать наиболее подходящий кондиционер и построить эффективную систему кондиционирования в масштабе всего здания. Методика, приведенная в данной статье, поможет вам в решении этой задачи.

Источник

• https://mir-klimata.info/raschet-teplopritokov-teplopostuplenij/