Сообщение на тему отопление и тепловые потери

Обновлено: 16.05.2024

Энергосбережение сейчас наиболее популярная тема в интернете. Еще бы, ведь экономить хочет каждый, а тем более в нынешних экономических условиях. Расчет потерь тепла при этом играет наиболее важную роль. Теплопотери в наиболее простом понимании это количество тепла, которое теряется помещением, домом или квартирой. Измеряются они в Вт. Возникают тепловые потери в доме из-за разницы внешних и внутренних температур воздуха.

В переходной и холодный период года температура на улицах падает, и возрастает разница температур внутреннего воздуха и воздуха на улице. И как уже мы упоминали, Второй закон термодинамики никто не отменял, поэтому тепло с ваших домов и квартир стремится его покинуть и обогреть холодную окружающую среду. Для снижения этих утрат тепла, делается утепление домов в различных видах от пенопласта и вентилируемых фасадов до современных теплоизоляционных материалов в виде шпаклевки. Главной же задачей в нашей профессии является поддержание в помещении комфортных параметров микроклимата. И в первую очередь, мы рассчитываем теплопотери для их компенсации.

Зачем делать расчет теплопотерь?

Когда же делают расчет потерь тепла в доме? Расчет теплопотерь обязателен при проектировании систем отопления, систем вентиляции, воздушных отопительных систем. Расчетные температуры берут из нормативных документов. Значение внешней температуры воздуха отвечает температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки. Внутреннюю температуру берут или ту, которую желаете, или из норм, для жилых помещений это 20+-2°С.

Исходными данными для расчета служат: внешняя и внутренняя температура воздуха, конструкция стен, пола, перекрытий, назначение каждого помещения, географическая зона строительства. Все тепловые потери на прямую зависят от термического сопротивления ограждающих конструкций, чем оно больше, тем меньше теплопотери.

Для обеспечения комфортных условий пребывания людей в помещении нужно чтобы было правдивым уравнение теплового баланса

Qп+ Qо+ Qс+ Qк= Qср+ Qос+ Qпр+ Qлюд,

где Qп–теплопотери через пол, Qо–теплопотери через окна, Qс–теплопотери через стену, Qк- теплопотери через крышу, Qср–теплопоступления от солнечной радиации, Qос–теплопоступления от отопительных систем, Qпр–теплопоступления от приборов, Qлюд–теплопоступления от людей.

На практике же, уравнение упрощается и все утраты компенсирует система отопления, независимо водяная или воздушная.

Расчет теплопотерь

Получив исходные данные, проектировщики начинают расчет. Рассмотрим основные виды тепловых потерь и формулы их расчета. Теплопотери бывают: через стены, через пол, через окна, через крышу, через вентиляционные шахты и дополнительные потери тепла. Термическое сопротивление для всех конструкций рассчитывается по формуле

где α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/ м 2 · о С;
λ_і и δ_і – коэффициент теплопроводности для материала каждого слоя стены и толщина этого слоя в м;
α_н – коэффициент теплоотдачи внешней поверхности ограждения, Вт/ м 2 · о с;

Коэффициенты α берутся из норм, и разные для стен и перекрытий.

Первым делом рассмотрим теплопотери через стены

На них наибольшее влияние имеет конструкция стен. Рассчитываются по формуле: Коэф. n-поправочный коэффициент. Зависит от материала конструкций, и принимается n=1 если конструкции из штучных материалов,и n=0,9 для чердака, n=0,75 для перекрытия подвала.

Пример: Рассмотрим теплопотери сквозь кирпичную стену 510 мм с утеплителем минеральной ватой 100 мм и декоративным финишным шаром 30 мм. Внутренняя температура воздуха 22ºС, наружная -20ºС. Высотой пусть будет 3 м и длиной 4 м. В комнате одна внешняя стена, размещение на Юг, местность не ветреная, без внешних дверей. Для начала необходимо узнать коэффициенты теплопроводности этих материалов. Из размещенной выше таблицы узнаем: λ_к =0,58 Вт/мºС, λ_ут =0,064 Вт/мºС, λ_шт =0,76 Вт/мºС. После этого рассчитывается термическое сопротивление ограждающей конструкции:

R_ст=1/ 23 +0,51/0,58+0,1/0,064+0,03/0,76+ 1/ 8,6 = 2,64 м 2 ºС/Вт.

Для нашей местности такого сопротивления недостаточно и дом нужно утеплить лучше. Но сейчас не об этом. Расчет теплопотерь:

Q=1/R·FΔt·n·β=1/2,64·12·42·1·(10/100+1)=210Вт.

ß- это дополнительные потери тепла. Далее мы распишем их значение и станет ясно, откуда взялось число 10 и зачем делить на 100.

Далее идут тепловые потери сквозь окна

Здесь все проще. Расчет термического сопротивления не нужен, ведь в паспорте современных окон он уже указан. Теплопотери через окна рассчитываются по той же схеме, что и через стены. Для примера рассчитаем потери через энергосберегающие окна с термическим сопротивлением R_о= 0,87 (м 2 °С/Вт) размером 1,5*1,5 с ориентацией на Север. Q=1/0,87·2,25·42·1·(15/100+1)=125 Вт.

Расчет потерь тепла через пол на грунте

Он немного сложнее нежели через перекрытие. Теплопотери рассчитываются по зонам. Зоной называют полосу пола шириной 2 м, параллельно внешней стене. Первая зона находится непосредственно возле стены, здесь происходит больше всего потерь тепла. За ней последуют вторая и другие зоны, до центра пола. Для каждой зоны рассчитывается свой коэффициент теплопередачи. Для упрощения вводится понятие удельного сопротивления: для первой зоны R1=2,15 (м 2 °С/Вт), для второй R2=4,3 (м 2 °С/Вт), для третьей R3=8,6 (м 2 °С/Вт)

Пример Есть комната в которой пол на грунте, размер пола 6х8 м Температуры все те же. Сначала разделим пол на зоны. У нас их получилось две. Находим площадь каждой зоны. У нас это 20 м2 для первой зоны и 8 м2 для второй. Затем задаемся условными сопротивлениями R1=2,15 (м 2 °С/Вт), R2=4,3 (м 2 °С/Вт), подставляем в формулу: Q=(F1/R1+F2/R2+F3/R3)(tвт — tвн)·n=(20/2,15+8/4,3)·42·1= 470 Вт.

Дополнительные теплопотери

Учитываются только для стен и окон, то есть конструкций которые напрямую соприкасаются с окружающей средой. Существует четыре вида дополнительных потерь тепла: на ориентацию, на ветреность, на количество стен и наличие внешних дверей. Выражаются они в процентах и в последствии переводятся в коэффициент дополнительных теплопотерь. Если помещение ориентированно на Север, Восток, Северо-Восток, Северо-Запад дополнительные потери тепла составляют 10%, когда на Юг, Запад, Юго-Запад, Юго-Восток, додаются 5%. Если здание находится в ветреной местности, додаются еще 10% тепловых потерь,а когда в защищенной от ветров местности только 5%. Если в помещении есть две внешние стены, то дополнительные потери составляют 5%, когда только одна — дополнительных потерь нет. Если в наружной стене есть дверь, можно рассчитать убыток сквозь нее, но проще добавить 60% если двери тройные, 80% когда двойные двери и 95% если они одинарные. Например: Комната имеет две внешние стены, размещенная в ветреной местности, одна стена выходит на Юг, вторая на Север, дверей нету. Тогда дополнительные потери составляют 10%+5% на ориентацию +10% на ветер +5% так как две стены. И того 30%, чтобы добавить их к основным теплопотерям нужно перевести в коэффициент β =30% + 100% =30/100 +1 =1,3 и подставляем в общую формулу.

Теплопотери на вентиляцию

Не учитываются, если проектируется воздушное отопление или используется вентустановка с подогревом воздуха, так как воздух в помещение поступает уже теплый, и на его нагрев не тратится тепло. Но если установка без подогрева, необходимо учесть расход тепла на нагрев входящего воздуха. Упрощенная формула выглядит так:

где V — бьем помещения в м3, Δt — разница внешней и наружной температур.

Сума всех потерь тепла и составляет общие потери помещения.

Расчет тепловых потерь в программе Excel

Сам процесс расчета тепловых потерь дома занимает довольно много времени, поэтому для себя мы создали шаблон в Excel, с помощью которого делаем расчеты. Решили с вами поделиться и использовать его можно перейдя по ссылке. Здесь же распишем инструкцию пользования.

Шаг 1

Перейти по ссылке и открыть программный файл. Вы перед собой увидите таблицу такого вида:

Шаг 2

Нужно заполнить исходные данные: номер помещения (если вам нужно), его название и температура внутри, название ограждающих конструкций и их ориентация, размеры конструкций. Вы увидите, что площадь считается сама. Если хотите отнимать площадь окна от стен, нужно корректировать формулы, так как мы не знаем где у вас будут записаны окна. У нас площади отнимаются. Также нужно заполнить коэффициент теплопередачи 1/R, разницу температур и поправочный коэффициент. К сожалению, их заполняют вручную. В примере у нас кабинет с тремя внешними стенами в одной стене два окна, в другой нет окон и третья имеет одно окно. Конструкции стен будет как в примере, где мы рассчитывали R, поесть к=1/R=1/2,64=0,38. Пол пусть будет на грунте и его поделим на зоны у нас их две и потери считаем для двух зон , тогда к1=1/2,15=0,47, к2=1/4,3=0,23. Окна пусть будут энергосберегающие R_о= 0,87 (м 2 °С/Вт), тогда к=1/0,87=1,14.

На картинке видно, что количество потерь тепла уже прорисовывается.

Шаг 3

Как видно, потери помещения возросли. Если у вас заходит в помещение уже теплый воздух, этот шаг последний. Число записанное в столбце Q, и есть ваши искомые тепловые потери помещения. И эту процедуру нужно провести для всех остальных помещений.

Шаг 4

В нашем же случае воздух не подогревается ,и чтобы рассчитать полные потери тепла, нужно в столбик Rввести площадь нашего помещения 18 м2, а в столбец S его высоту 3 м.

Эта программа значительно ускоряет и упрощает расчеты, даже невзирая на большое количество введенных вручную элементов. Она не раз помогала нам. Надеемся и вам она станет помощником!

Заключение

Правильный расчет теплопотерь покажет, что вы профессионал своего дела. Ведь согласитесь, расчет потерь 100 Вт/м2 слегка преувеличен, а в некоторых случаях недостаточен. Поэтому потратьте на 15 минут больше времени и рассчитайте тепловые потери здания. Исходя из этого вы сможете не только спроектировать более чем комфортные условия пребывания людей, но и сэкономить заказчику немалые средства на эксплуатацию систем. А опыт показывает, что к таким проектировщикам обращаются чаще.

Физическую суть явления, выбранного в качестве названия этой статьи, в быту называют одним словом - отопление. Да, на самом деле все действительно просто: тепло из дома уходит и для того, чтобы не замерзнуть, его необходимо пополнять из каких-то источников.

Куда исчезает тепло

Основная часть тепловых потерь здания приходится на крышу, стены, полы и окна. Немалая часть тепла уносится из помещения вместе с нагретым воздухом вентиляционными системами. При этом сквозняки через плохо закрывающиеся двери, неплотно подогнанные соединения, зазоры между рамами окон и тому подобные дефекты следует рассматривать как натуральную вентиляцию. При этом распределяются потери тепла примерно в следующих пропорциях:

- через стены – 35%;

- через крышу – 25%;

- через подвальное перекрытие – 15%;

Эти скучные сухие цифры приведены здесь лишь для того, чтобы было ясно, на что следует обратить первоочередное внимание при попытках уменьшить расходы на отопление.

Что влияет на потери тепла

В первую очередь два основных фактора:

- разница температур на улице и в помещении;

- теплопроводность строительных материалов конструкций, через которые происходит утечка тепла.

Как сохранить тепло

Если регулировать температуру воздуха на улице не представляется возможным, то улучшить теплоизоляционные качества стен, крыши, окон и перекрытий возможно вполне. Равно как и устранить все щели и зазоры. Есть множество вариантов утепления конструкций зданий, позволяющих добиться ошеломляющих результатов. Например, если в современном хорошо утепленном здании при наружной температуре минус 25 градусов полностью отключить отопление, то температура внутри помещения за сутки понизиться меньше, чем на один градус. Легко представить себе, насколько ничтожны затраты на отопление в таком доме.

Расчет тепловых потерь здания или как определить тепловые потери

Выход один – отопление, за счет которого и необходимо пополнять уже известные после расчетов тепловые потери. Исходя из этой цифры, определяется оптимальная мощность нагревательного прибора и остается лишь решить, что это будет за агрегат, и на каком виде топлива он будет работать. Но этот вопрос уже каждый решает для себя в индивидуальном порядке, исходя из своих финансовых возможностей, наличия места для установки, имеющегося вида топлива и предполагаемых эксплуатационных расходов.

Снизить потери тепла здания можно с помощью нескольких методов, о которых вы уже знаете. Частично компенсировать теплопотерю реально и с помощью потолочного отопления .

Введение
Настоящая статья кратко описывает проблематику энергосбережения, сложившуюся сегодня на подавляющем большинстве отечественных объектов производства, транспортировки и потребления тепловой энергии, предлагая варианты их эффективного решения.

Существующие тепловые системы, в основной своей массе, проектировались и создавались без учета возможностей, появившихся на теплоэнергетичском рынке в течение последних 10 лет. Массовое развитие вычислительной техники обусловило появление в это время огромного количества технологических новшеств, которые коренным образом изменили ситуацию в энергосбережении. Например, возможность точного моделирования тепловых процессов на ЭВМ привела к появлению новых эффективных конструкций котлоагрегатов и схем отопления, а достижения электронной индустрии обеспечили возможность широкого применения средств учета тепловой энергии и высокоэкономичных регулирующих устройств.

Таким образом, в конце ХХ века энергосбережение получило на свое вооружение большое количество эффективных технологий и новое оборудование, позволяющее значительно (до 50%) повысить надежность и экономичность работы уже существующих тепловых систем и проектировать новые системы, качественно отличающиеся от уже существующих.

Энергосбережение. Аксиомы.

Для оценки эффективности работы любой системы, в том числе теплоэнергетической, обычно используется обобщенный физический показатель, - коэффициент полезного действия (КПД). Физический смысл КПД - отношение величины полученной полезной работы (энергии) к затраченной. Последняя, в свою очередь, представляет собой сумму полученной полезной работы (энергии) и потерь, возникающих в системных процессах. Таким образом, увеличения КПД системы (а значит и повышения ее экономичнсти) можно достигнуть только снижением величины непроизводительных потерь, возникающих в процессе работы. Это и является главной задачей энергосбережения.

Основной же проблемой, возникающей при решении этой задачи, является выявление наиболее крупных составляющих этих потерь и выбор оптимального технологического решения, позволяющего значительно снизить их влияние на величину КПД. Причем каждый конкретный объект, - цель энергосбережения, - имеет ряд характерных конструктивных особенностей и составляющие его тепловых потерь различны по величине. И всякий раз, когда речь заходит о повышении экономичности работы теплоэнергетического оборудования (например, системы отопления), перед принятием решения в пользу использования какого-нибудь технологического новшества, необходимо обязательно провести детальное обследование самой системы и выявить наиболее существенные каналы потерь энергии. Разумным решением будет использование только таких технологий, которые существенно снизят наиболее крупные непроизводительные составляющие потерь энергии в системе и при минимальных затратах значительно повысят эффективность ее работы.

Однако, несмотря на уникальность в общем случае факторов, вызывающих потери в каждой конкретной тепловой системе, отечественные объекты имеют ряд характерных особенностей. Они очень похожи друг на друга, что связано с тем, что строились они по общим для "Союза" проектным нормам во времена, когда тепловая энергия стоила "копейки". Характерные проблемы и основные каналы тепловых потерь в энергосистемах "постсоветских" объектов хорошо изучены специалистами нашего предприятия. Решение подавляющего большинства проблем энергосбережения на них отработано нами на практике, что позволяет провести анализ, рассмотреть наиболее характерные ситуации с тепловыми потерями и предложить варианты их решения с прогнозированием результатов, основываясь на наш опыт работы с подобными ситуациями на других объектах.

Излагаемое ниже исследование рассматривает наиболее характерные проблемы существующих тепловых объектов, описывает наиболее существенные каналы непроизводительных потерь в них тепловой энергии и предлагает варианты снижения этих потерь с предварительным прогнозом результатов.

Тепловые системы. Источники потерь.

Любую теплоэнергетическую систему с целью анализа можно условно разбить на 3-х основных участка:

1. участок производства тепловой энергии (котельная);

2. участок транспортировки тепловой энергии потребителю (трубопроводы тепловых сетей);

3. участок потребления тепловой энергии (отапливаемый объект).

Каждый из приведенных участков обладает характерными непроизводительными потерями, снижение которых и является основной функцией энергосбережения. Рассмотрим каждый участок в отдельности.

1.Участок производства тепловой энергии. Существующая котельная.

Главным звеном на этом участке является котлоагрегат, функциями которого является преобразование химической энергии топлива в тепловую и передача этой энергии теплоносителю. В котлоагрегате происходит ряд физико-химических процессов, каждый из которых имеет свой КПД. И любой котлоагрегат, каким бы совершенным он не был, обязательно теряет часть энергии топлива в этих процессах. Упрощенно схема этих процессов изображена на рисунке.

На участке производства тепловой энергии при нормальной работе котлоагрегата всегда существуют три вида основных потерь: с недожогом топлива и уходящими газами (обычно не более18%), потери энергии через обмуровку котла (не более 4%) и потери с продувкой и на собственные нужды котельной (около 3%). Указанные цифры тепловых потерь приблизительно близки для нормального не нового отечественного котла (с КПД около 75%). Более совершенные современные котлоагрегаты имеют реальный КПД около 80-85% и стандартные эти потери у них ниже. Однако они могут дополнительно возрастать:

Если своевременно и качественно не проведена режимная наладка котлоагрегата с инвентаризацией вредных выбросов, потери с недожогом газа могут увеличиваться на 6-8 %;
Диаметр сопел горелок, установленных на котлоагрегате средней мощности обычно не пересчитывается под реальную нагрузку котла. Однако подключенная к котлу нагрузка отличается от той, на которую рассчитана горелка. Это несоответствие всегда приводит к снижению теплоотдачи от факелов к поверхностям нагрева и возрастанию на 2-5% потерь с химическим недожогом топлива и уходящими газами;
Если чистка поверхностей котлоагрегатов производится, как правило, один раз в 2-3 года, это снижает КПД котла с загрязненными поверхностями на 4-5% за счет увеличения на эту величину потерь с уходящими газами. Кроме того, недостаточная эффективность работы системы химводоочистки (ХВО) приводит к появлению химических отложений (накипи) на внутренних поверхностях котлоагрегата значительно снижающих эффективность его работы.
Если котел не оборудован полным комплектом средств контроля и регулирования (паромерами, теплосчетчиками, системами регулирования процесса горения и тепловой нагрузки) или если средства регулирования котлоагрегата настроены неоптимально, то это в среднем дополнительно снижает его КПД на 5%.
При нарушении целостности обмуровки котла возникают дополнительные присосы воздуха в топку, что увеличивает потери с недожогом и уходящими газами на 2-5%
Использование современного насосного оборудования в котельной позволяет в два-три раза снизить затраты электроэнергии на собственные нужды котельной и снизить затраты на их ремонт и обслуживание.
На каждый цикл "Пуск-останов" котлоагрегата тратится значительное количество топлива. Идеальный вариант эксплуатации котельной - ее непрерывная работа в диапазоне мощностей, определенном режимной картой. Использование надежной запорной арматуры, высококачественной автоматики и регулирующих устройств позволяет минимизировать потери, возникающие из-за колебаний мощности и возникновения нештатных ситуаций в котельной.

Перечисленные выше источники возникновения дополнительных потерь энергии в котельной не являются явными и прозрачными для их выявления. Например, одна из основных составляющих этих потерь - потери с недожогом, могут быть определены только с помощью химического анализа состава уходящих газов. В то же время увеличение этой составляющей может быть вызвано целым рядом причин: не соблюдается правильное соотношение смеси топливо-воздух, имеются неконтролируемые присосы воздуха в топку котла, горелочное устройство работает в неоптимальном режиме др.

Таким образом, постоянные неявные дополнительные потери только при производстве тепла в котельной могут достигать величины 20-25%!

Алгоритм повышения экономичности работы уже существующего котлоагрегата в общем случае можно представить как последовательность определенных действий (в порядке эффективности):

1. Провести комплексное обследование котлоагрегатов, включая газовый анализ продуктов сгорания. Оценить качество работы периферийного оборудования котельной.

2. Провести режимную наладку котлов с инвентаризацией вредных выбросов. Разработать режимные карты работы котлоагрегатов на различных нагрузках и мероприятия, которые обеспечат работу котлоагрегатов только в экономичном режиме.

3. Произвести чистку наружных и внутренних поверхностей котлоагрегатов .

4. Оборудовать котельную рабочими приборами контроля и регулирования, оптимально настроить автоматику котлоагрегатов.

5. Восстановить теплоизоляцию котлоагрегата, обнаружив и устранив неконтролируемые источники присосов воздух в топку;

6. Проверить и возможно модернизировать систему ХВО котельной.

Cтраницы: 1 | 2 | читать дальше>>

О форме и размере обычного радиатора отопления
В многоквартирном доме тепловая энергия распределяется между всеми квартирами равномерно только в день сдачи дома в эксплуатацию. После его заселения практически сразу начинаются ремонты и усовершенствования, меняются отопительные приборы, делаются новые врезки, реконструкции и прочие варварские изменения исходного проекта.
При этом собственник каждой квартиры старается "тянуть одеяло на себя", не думая о том, что соседи недополучат плановое количество тепловой энергии. Но не всегда замена отопительных приборов на более мощные радиаторы может дать положительный результат.
Например, при замене горизонтального радиатора вертикальным радиатором, даже большим по размеру, произойдет потеря его мощности. Замена ребристых радиаторов на гладкие регистры (трубы) также приведет к потере тепловой мощности. Вертикально расположенные трубы дают в восемь раз меньшее количество тепловой энергии, чем горизонтально расположенные трубы того же диаметра.
Ремонты с подобными "улучшениями" отопительной системы могут привести к немалым потерям тепловой энергии.

Каким должен быть радиатор отопления
Соприкасающийся с поверхностью радиатора воздух, нагревается и движется вверх. Ребра отопительного прибора являются направляющими элементами для его поступательного движения. Это значит, что лучшим радиатором является прибор с ребристой поверхностью.
Чтобы воздушный поток двигался свободно, на его пути не должно быть препятствий. Лучшим отопительным прибором будет тот радиатор, у которого есть конвектор, создающий принудительное движение нагретого воздуха и обеспечивающий более интенсивный процесс передачи тепла.
На приведенной иллюстрации видно, что отопительный прибор сверху закрыт плотной панелью, препятствующей свободному движению нагретого воздуха. В результате неизбежны потери тепловой энергии.
Еще хуже обстоят дела при попытке декорировать радиаторы, скрывать их за предметами мебели, закрывать плотными шторами. В результате теплоноситель не остывает и возвращается к элеватору с повышенной температурой.
При наличии автоматической системы регулирования по данным обратной сетевой воды происходит уменьшение подачи тепла. В результате в помещении становится холодно.
Если автоматической системы регулирования нет сбытовая организация, произведя замер температуры обратной сетевой воды при контрольном обходе, зафиксирует перегрев и даст рекомендации понизить давление в подающем трубопроводе.
Итог будет тот же самый: в помещении при наличии необходимого количества отопительных приборов будет холодно.

Что делать
Чтобы избежать потерь тепла, поверхность радиатора должна быть свободна со всех сторон, к ним должен обеспечиваться свободный доступ воздуха.

Потери тепловой энергии с горячей водой
Если в доме ведется индивидуальный учет потребления тепловой энергии, можно отказаться от общего горячего водоснабжения и установить собственный теплообменный аппарат в своей квартире. При этом количество потребленной тепловой энергии будет учтено в индивидуальном порядке.
Горячая вода будет нагреваться в вашей квартире. При ее использовании нет необходимости сбрасывать остывшую воду, что также позволит уменьшить потери тепла.
Как видите, снизить бытовые потери тепловой энергии несложно. Для этого достаточно понимать, как происходят потери, и что влияет на сохранность тепловой энергии.

Читайте также: