Расчет площади теплообменника

Главное условие стабильной, эффективной работы системы теплообмена — это подбор теплообменных агрегатов с учетом точного соответствия конкретным эксплуатационным и техническим требованиям. Ключевым фактором для такого подбора является расчет площади теплообменника.

Конечно, существуют определенные стандарты, с универсальными параметрами, по которым можно подобрать оборудование для своего объекта. Тем не менее, часто в этой сфере индивидуальный подход более чем оправдывает себя. Проведение измерений и расчетов по конкретным данным позволяет получить максимальную отдачу от системы теплообмена. Кроме того, подобные вычисления попросту необходимы, если речь идет о работе по техническому заданию со строго обозначенными параметрами.

Методика расчета теплообменника предполагает несколько этапов.

От чего зависят тепловые потери в доме

Снижение температуры в помещениях провоцируют разные причины. Утечки тепла в большей или меньшей степени происходят через стены, потолок, пол. Это непрерывный и неизбежный процесс. Однако больше всего тепла теряется через оконные проемы. Если в холодный день приложить руку к обычному тонкому стеклопакету, можно почувствовать холод. Чем ниже температура стекла, тем выше теплопроводность пластиковых окон и интенсивнее процесс энергообмена между улицей и внутренними помещениями. В среднем через проемы теряется до 44% выработанного тепла.

Именно поэтому огромное значение имеют виды комплектующих для сборки оконных и дверных блоков. От них зависит класс сопротивления теплопередаче окон, напрямую влияющий на потери энергии. Поддерживать температуру в комнатах в диапазоне 20-24°C будет значительно проще и дешевле, если правильно выбрать профили, фурнитуру и стеклопакеты. Упрощают задачу строительные нормативы. С 2003 года в процессе составления проектов и при возведении жилых объектов требуется придерживаться положений из СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Эти положения дополнены законом № 261-ФЗ, который ужесточил требования к энергосбережению блоков из профильных систем.

Читайте так же:

Тепловое действие тока последствия

Климатические условия

На выбор профилей и стеклопакетов также прямо влияют погодные условия. Сопротивление теплопередаче окон ПВХ, которое на юге позволяет поддерживать в комнатах температуру 20-24°C, не подходит для северных регионов. Для эксплуатации в этих климатических зонах потребуются другие конструкции. Если в центральных или западных регионах установить «южные окна», при морозе -20-25 °C температура во внутренних помещениях может опуститься до 15-16 °C. Значит, для этих зон нужны модели с улучшенными теплотехническими характеристиками.

Также имеет значение среднегодовая скорость ветра в регионах. Этот фактор не всегда учитывают, что прогнозируемо приводит к проблемам. Ведь в районах с одинаковой средней температурой зимой теплопотери окажутся выше там, где больше скорость ветра. Воздушные потоки со стороны улицы быстрее снижают температуру стеклопакетов. Вследствие этого в помещениях возрастают потери тепла.

Согласно СП 50.13330.2012 для каждого региона России определен свой коэффициент теплопроводности окон. Эти требования основаны на результатах испытаний, проведенных в реальных и лабораторных условиях. Причем коэффициенты в разных районах российских регионов могут отличаться. Это объясняет большая площадь областей и республик РФ. В таблице приведены средние значения коэффициентов теплопередачи окон, на которые рекомендуется ориентироваться при выборе профильных систем и моделей стеклопакетов.

Допустимая энергоэффективность окна (м²×°C/Вт)

В таблице выборочно взяты регионы с мягкими, умеренными и суровыми зимами. Эта информация поможет правильно выполнить расчеты и свести к минимуму возможные теплопотери.

Производим расчёт

Формула, по которой считается теплоотдача следующая:

К – коэффициент теплопроводности стали;
Q – коэффициент теплоотдачи, Вт;
F – площадь участка трубы, для которого производится расчёт, м 2 dT – величина напора температуры (сумма первичной и конечной температур с учётом комнатной температуры), ° C.

Читайте так же:

Преобразование электрического тока в тепловую энергию

Коэффициент теплопроводности K выбирается с учётом площади изделия. Зависит его величина и от количества ниток, проложенных в помещениях. В среднем величина коэффициента лежит в пределах 8-12,5.

dT называется также температурным напором. Чтобы параметр высчитать, нужно сложить температуру, которая была на выходе из котла, с температурой, которая зафиксирована на входе в котёл. Полученное значение умножается на 0,5 (или делится на 2). Из этого значения вычитается комнатная температура.

Если стальная труба изолирована, то полученное значение умножается на КПД теплоизоляционного материала. Он отражает процент тепла, который был отдан при прохождении теплоносителя.

Коэффициент теплообмена α выражает количество тепла, которое за одну секунду обменивается между 1 м 2 твердой поверхности и касающимся его воздухом, когда разница температур между поверхностью и воздухом составляет 1 К. Единица измерения: Вт/(м 2 ×K).

Трансмиссионный поток теплоты через ограждающую конструкцию (передающаяся тепловая нагрузка) определяется следующим образом:

A — площадь поверхности элемента здания, м 2 ;

U — коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м 2 ×K);

R=1/U— сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, (м 2 ×К)/Вт;

t_i — температура воздуха внутри помещения, °C;

t_e — температура наружного воздуха, °C.

Коэффициент теплопередачи (U) для элемента здания, представляющего собой многослойную конструкцию, вычисляется по следующему соотношению:

α_i — коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения;

α_e— коэффициент теплообмена на внешней поверхности ограждения;

h_i— толщина i-го слоя ограждающей конструкции;

n — количество слоев в многослойной ограждающей конструкции;

λ_i — коэффициент теплопроводности i-го слоя ограждающей конструкции;

U — коэффициент теплопередачи элемента здания;

R_U — сопротивление теплопередаче 1/U;

R_λi — коэффициент термического сопротивления i-го слоя ограждающей конструкции.

Принятые на сегодняшний день в России стандарты не регламентируют значения коэффициента теплопередачи (U) для различных элементов зданий. Вместо этого для каждого слоя элемента должен быть определен коэффициент термического сопротивления R_λi, зависящий от коэффициента теплопроводности этого слоя. На рис. 2.11 приведен пример, взятый из действующего СНиП, регламентирующий значения коэффициентов теплопередачи стен, крыш и перекрытий для различных регионов России (для внутренней температуры 19 °С). Коэффициенты теплопроводности материалов можно найти в стандартных спецификациях к зданию. Тогда, как следует из только что приведенного соотношения, сумма значений коэффициентов термического сопротивления отдельных слоев и коэффициентов сопротивления теплообмену на внутренней и внешней поверхностях ограждения R_i=1/α_i или R_e=1/α_e дает величину общего коэффициента сопротивления теплопередаче элемента здания R_U=1/U.

Читайте так же:

Тепловой автоматический выключатель 15а

Формула для расчета значения коэффициента теплопередачи (U), приводимого в стандарте, выглядит следующим образом:

U_n=ΔU_A+ΔU_S, где ΔU_A и ΔU_S характеризуют величины, связанные с изменением комфортной температуры и влиянием рассеянного солнечного излучения, соответственно.

Рис. 2.11. Нормированные значения коэффициента сопротивления теплопередаче для различных регионов России в соответствии с действующими СНиП

Тепловые потери через расчетные строительные конструкции, а именно наружные стены, пол, верхнее междуэтажное перекрытие или крышу, характеризуются коэффициентами теплопередачи U, Вт/(м 2 ×К) (в действующих СНиП РФ используется обратная величина R (м 2 ×°С)/Вт). Эта величина показывает, сколько тепла отдается строительной конструкцией наружу в единицу времени при изменении температуры на 1 °С (или 1 К).

Для расчета тепловых потерь через стену необходимо перемножить коэффициент U, площадь и разность температур. Например, типичный коттедж имеет снаружи площадь стен 100 м 2 .

При суровых условиях в зимнее время в Средней Европе наружная температура составляет –12 °C, а требуемая внутренняя температура 21 °C. При различных значениях коэффициентов теплопередачи получается следующая мощность тепловых потерь (тепловой поток) через наружные стены при «расчетных условиях» (см. табл. 2.3).

Таблица 2.3. Расчетная мощность тепловых потерь через наружные стены (По данным Института пассивного дома (см. http://www.passiv-rus.ru/?page=87 ). Следует обратить внимание, что при адаптации этих данных к суровым климатическим условиям России нужно учитывать следующее: наружные температуры опускаются ниже (а значит, перепад температур — выше), а отопительный период — продолжительнее. Методику расчетов с практическими примерами можно найти в справочных материалах на CD, прилагаемом к данной книге.

Мощность тепловых потерь, Вт

Нормируемый годовой расход тепла на отопление, КВтч/(м 2 ×год)

голоса

Рейтинг статьи