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:
- Теплопритоки от солнечной радиации
- Теплопритоки через ограждающие конструкции
- Теплопритоки от людей
- Теплопритоки от компьютеров и другого оборудования
- Теплопритоки от освещения
- Теплопритоки от вентиляции
- Теплопритоки (теплопоступления) от солнечной радиации
- Теплопритоки (теплопоступления) через стены и другие ограждающие конструкции
- Теплопритоки (теплопоступления) от людей
- Теплопритоки (теплопоступления) от компьютеров и другого оборудования
- Теплопритоки (теплопоступления) от освещения
- Теплопритоки (теплопоступления) от вентиляции и инфильтрации
- Источник
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:
Qос = q·Sос, где:
- q — удельная плотность теплового потока солнечной радиации, определяемая по таблице 1 в зависимости от широты и ориентации окон,
- Sос — 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:
- Толщина и материал стен
- Толщина и структура оконных блоков
- 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:
Qок = Sок · dT / r, где:
- Sок — 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 + … + δm / αm + 1 / αn, где:
- α0 — коэффициент теплоотдачи наружного материала стены,
- δ1, δ2 … δm — толщина слоев, образующих стену,
- δ1, δ2 … δm — теплопритоводность материалов слоев, образующих стену,
- αn — 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:
Qл = qл · n, где:
- qл — теплоприток одного человека (Вт),
- n — количество людей.
Если учитывать особенности женщин и детей, то формула несколько усложнится:
Qл = qл · nмуж + 0,85 · qл · nжен + 0,75 · qл · nдет
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
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:
Qоб = 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 Qосв = 25 · S,
- Для люминесцентных ламп Qосв = 10 · S,
- Для светодиодных ламп Qосв = 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:
Qвент = 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.