Пример теплотехнического расчета: Теплотехнический расчет с примером

Содержание

Пример теплотехнического расчета наружных стен с вентилируемой воздушной прослойкой

2.1 Исходные данные.

В г. Челябинск существует 10-этажное кирпичное отдельно стоящее здание. В здании располагаются офисные помещения. Высота здания 30 м.

Конструктивный слой стены – кладка из силикатного кирпича толщиной δκ=0,51 м, коэффициент теплопроводности кладки λκ=0,87 Вт/(м°С).

Утеплитель – минераловатные плиты с коэффициентом теплопроводности λy=0,045 Вт/(м°С).

Ширина вентилируемой прослойки dпр =0,05 м.

Используется облицовочный материал – фасадная панель производства ЗАО «ИНСИ»,толщиной 0,5 мм.

Количество креплений на квадратный метр конструкции nк= 1,72.

2.2 Расчетные характеристики климата района строительства и микроклимата здания.

Средняя температура наиболее холодной пятидневки tн =-34 °С.
Средняя температура отопительного периода tht = -6,5 °С.
Продолжительность отопительного периода zht = 218 сут.
Характеристики микроклимата помещения берутся по СНиП 23-02-2003.

Температура внутреннего воздуха tint = 20 °С по [14]
Относительная влажность внутреннего воздуха φв = 55%.
Градусо-сутки отопительного периода по СНиП 23-02-2003 Dd = (tint — tht)∙
zht = (20°С + 6,5°С)∙218 сут =5777 °С∙сут.

2.3 Нормируемое значение сопротивления теплопередаче стены.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции в соответствии со СНиП 23-02-2003 следует принимать не менее нормируемого значения Rreg = a∙Dd + b. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче стен из условий энергоснабжения определяется по таблице 4 СНиП 23-02-2003. Для стен a = 0,0003; b = 1,2. Rreg = 0,0003∙5777 + 1,2 = 2,93 м2°С/Вт

2.4 Определение требуемой толщины теплоизоляционного слоя.

Толщина теплоизоляционного слоя определяется методом интерации по формуле (3). На первом шаге итерации коэффициент теплотехнической однородности принимается равным единице r = 1.

Соответствующая толщина теплоизоляционного слоя:

Для получившейся толщины теплоизоляционного слоя по табл. 1. методом интерполяции определяется коэффициент теплотехнической однородности конструкции:

Второй шаг итерации.
r = 0,980

На последнем шаге итерации толщина утеплителя изменилась менее чем на 5 мм, значит процесс итерации можно прекратить.

По результатам расчета толщина утеплителя должна быть не менее 0,101 м.

Из конструктивных соображений принимается толщина утеплителя δу =0,15 м.

Коэффициент теплотехнической однородности конструкции r = 0,95.

2.5 Определение параметров воздухообмена в прослойке.

Определяется скорость движения воздуха, температура воздуха и коэффициент теплообмена в вентилируемой воздушной прослойке для наиболее холодного месяца. В данном случае наиболее холодный месяц январь и tн = -15,8 °С.

Приточные и вытяжные отверстия воздушной прослойки расположены на одной стороне здания, т.е. Кн = К

з.

ξэкв = ξвх + ξвых + ξповоротов = 1 + 1 + 0,75∙2=3,5.
Rв = r∙R0 = 0,95∙(1/23 + 1/8,7 + 0,51/0,87 + 0,15/0,045) = 3,87 м2°С/Вт.
Rн= 1/αн + Rоб = 1/23 = 0,043 м2°С/Вт. (Rоб = 0, пренебрегаем термическим сопротивлением облицовки)
На первом шаге интерации принимаем Vпр = 1 м/с.
αпр = ακ + αл.
ακ = 7,34 ∙ 10,656 + 3,78 е-1,9 = 7,9 Вт/(м2°С).

Второй шаг итерации

ακ = 7,34 ∙ 0,390,656 + 3,78 е-1,9 ∙ 0,39 = 5,76 Вт/(м2°С).
αл =0,61 Вт/(м2°С).
αпр = 5,76 + 0,61 = 6,37 Вт/(м2°С).
γcp = 353/(273-15,12) = 1,37

Третий шаг итерации

ακ = 7,34 ∙ 0,52

0,656 + 3,78 е-1,9 ∙ 0,52 = 6,2 Вт/(м2°С).
αл =0,61 Вт/(м2°С).
αпр = 6,2 + 0,61 = 6,81 Вт/(м2°С).
γcp = 353/(273-14,6) = 1,37

Четвертый шаг итерации

ακ = 7,34 ∙ 0,490,656 + 3,78 е-1,9 ∙ 0,49 = 6,11 Вт/(м2°С).
αл =0,61 Вт/(м2°С).
αпр = 6,11 + 0,61 = 6,72 Вт/(м2°С).
γcp = 353/(273-14,75) = 1,37

Скорость движения воздуха на последнем шаге итерации изменилась менее чем на 5%, процесс итерации можно прекратить.

Определяется скорость движения воздуха, температура воздуха и коэффициент теплообмена в вентилируемой воздушной прослойке для наиболее жаркого месяца в момент нагрева стены солнцем. В данном случае наиболее жаркий месяц июль и температура наружного воздуха tн = 27 °С (средняя максимальная дневная температура июля). Удельный поток лучистой энергии падающий на стену qс = 788 Вт/м

2.

ξэкв = 3,5
Приходящий удельный поток тепла составляет qпр = ρпл∙qс.

ρпл – коэффициент поглощения солнечной радиации материалом облицовки, принимаемый по таблице 14 СП 23-101-2004. Для стали листовой окрашенной зелёной краской ρпл = 0,6

qпр = 0,6 ∙ 788 = 466,8 Вт/м2.
Rв = r∙R0 = 0,95∙(1/23 + 1/8,7 + 0,51/0,87 + 0,15/0,045) = 3,87 м2°С/Вт.
Rн = 1/αн + Rоб = 1/23 = 0,043 м2°С/Вт. (Rоб = 0, пренебрегаем термическим сопротивлением облицовки)

Первый шаг итерации

На первом шаге итерации Vпр = 1 м/с, tоб = 50 °С. αпр = 11 Вт/(м2∙°С).

Второй шаг итерации.

αк = 7,34 ∙ 1,72

0,656 + 3,78 е-1,9 ∙ 1,72 = 10,64 Вт/(м2°С).
αпр = 10,64 + 0,61 = 11,25 Вт/(м2°С). = 0,09

Третий шаг итерации.

αк = 7,34 ∙ 1,370,656 + 3,78 е-1,9 ∙ 1,37 = 9,31 Вт/(м2°С).
αпр = 9,31 + 0,61 = 9,92 Вт/(м2°С).

Скорость движения воздуха на последнем шаге итерации изменилась менее чем на 5%, процесс итерации можно прекратить.

2.6 Расчет защиты от переувлажнения ограждающих конструкций.

Расчет сопротивления паропроницанию рассматриваемой конструкции производится по методике описанной в разделе 1.6

Так как рассматриваемая конструкция многослойна, то Rvp равно сумме сопротивлений паропроницанию составляющих её слоев.

Расчетная температура для жилых помещений tint = 20 °С [14], относительная влажность внутреннего воздуха для жилых помещений φint = 55% [4]

Revp вычислить невозможно, т.к. по п 13.5 примечания 1 [13] сопротивление паро-проницанию воздушной прослойки равно 0 и сопротивление паропроницанию облицовки из листовой стали также равно 0

z0 = (31 + 28 + 31 + 30 + 31) = 151 сут.
t0 = — 11,32 °С

Е0 = 237 Па.

Согласно [4] в многослойной ограждающей конструкции увлажняемым слоем является утеплитель минераловатный

ρw = ρ0 = 100 кг/м3, при толщине δw = 0,15 м, предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в этом материале согласно [4] Δwav = 3%

Rvp > Rvp2reg следовательно, условие по защите ограждающей конструкции от переувлажнения выполняется.

2.7 Расчет температурного поля.

Длина крепления 50 мм + 150 мм = 200мм. Толщина метала, из которого изготавливаются детали 1,0 мм. Суммарная ширина части кронштейна, прорезающей минераловатные плиты 100 мм. Площадь сечения кронштейна 100 мм

2. Площадь части кронштейна прилегающей к конструктивному слою стены (опоры) 3000 мм2.

Площадь паронитовой прокладки 3000 мм2. Толщина паронитовой прокладки 4мм.

Диаметр стального крепления (анкера) 7 мм. Количество анкеров 2 шт. Глубина погружения стального анкера в конструктивный слой 90 мм.

Для оцинкованного стального кронштейна

ξн = 0,22 м.
Sн = 1,0 ∙ 10-4 м2.
tкк = 8 °С.
tпр = -14,73 °С.
αпр = 6,72 Вт/(м2°С).

R0пр 0,95  4,08 = 3,88 м2°С/ Вт

Приведенное сопротивление конструкции 3,88 м2°С/ Вт больше требуемого значения 2,93 м2°С/ Вт, значит конструкция удовлетворяет СНиП 23-02-2003 по энергоснабжению.

2.8 Расчет влажности воздуха на выходе из вентилируемой воздушной прослойки.

tпр = -14,73°С.
Vпр = 0,49 м/с.
eу = 272,7 Па.
eн = 25 Па.

Rобn исключается так как сталь паронепроницаема

Парциальное давление водяного пара в вентилируемой прослойке меньше давления насыщенного водяного пара при температуре равной температуре воздуха в вентилируемой прослойке и составляющего 170,2 Па, значит, конструкция вентилируемой прослойки, с точки зрения обеспечения благоприятного влажностного режима не нуждается в улучшении.

Нормативные документы и литература по разделу

  1. СНиП 2.08.01-89 — Жилые здания.
  2. СНиП 2.01.07-85 — Нагрузки и воздействия.
  3. СНиП II-23-81 — Стальные конструкции.
  4. СНиП 23-02-2003 — Тепловая защита зданий.
  5. СНиП 23-01-99 — Строительная климатология.
  6. СНиП 2.03.11-85 — Защита строительных конструкций от коррозии.
  7. СНиП 21-01-97 — Пожарная безопасность зданий и сооружений.
  8. ГОСТ 17177-94 — Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний.
  9. СНиП 2.01.01-82 — Строительная климатология и геофизика.
  10. Фокин К.Ф. — «Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. 1973.
  11. Богословский В.Н. — «Тепловой режим здания». 1979.
  12. Руководство по расчету влажностного режима ограждающих конструкций зданий. 1984.
  13. СП 23-101-2004 — Проектирование тепловой защиты зданий
  14. ГОСТ 30494 — Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

Теплотехнический расчет здания для получения газа

Что показывает теплотехнический расчет?

Теплотехнический расчет — он же «расчет расхода газа» (термин Мособлгаза) — даст для Вашего объекта следующую информацию:

  • Потребности в тепле
    • На отопление
    • На компенсацию потерь тепла через вентиляцию зданий
    • На приготовление горячей воды
  • Потребности в топливе (обычно природном газе)
    • Максимальное потребление газа в час (в самый холодный период зимы)
    • Годовое потребление газа (за весь отопительный период)

Топливо используется как для производства тепла (котельными) так и технологическим оборудованием, если такое используется на объекте. Пример технологического оборудования: линия по производству обоев, печь, воздухонагреватель и т.п. — любое оборудование, которое имеет хоть одну газовую горелку и сжигает газ.
В теплотехническом расчете при подсчете максимально-часового и годового расходов топлива учитываются все потребители топлива.

Кому нужен теплотехнический расчет?

Расчет необходим в различных случаях:

  • Оценка. Вы собираетесь строить объект и Вам нужно оценить:
    • Мощность будущей котельной, стоимость котлов
    • Сколько газа понадобится на нужды объекта. С этими цифрами Вы пойдете в Мосгаз\Мособлгаз выяснять, а дадут ли Вам столько газа? Частно мощности газовых сетей рядом с объектом ограничены.
  • Необходимый документ. Когда Вы придете в Мосгаз\Мособлгаз и попросите у них газ — первым делом у Вас запросят теплотехнический расчет.

Зачем газовым службам расчет? Все просто — прежде, чем выдать Вам технические условия, они должны понять, сколько газа Вам нужно — от этого зависит выбор трубы, в которую Вам дадут врезаться — выбранная труба должна покрыть Ваши потребности в топливе. Может так случиться, что все трубы возле Вашего объекта перегружены и газовые службы не смогут покрыть Ваши потребности в топливе — в этом случае Вам откажут в газификации.

Итак, Вам нужен расчет, если Вы собираетесь получить газ:

  • Для строящегося объекта
  • При реконструкции объекта
  • Вы собираетесь отказаться от покупки тепла у города и использовать собственную котельную
  • Для производственного оборудования (технология)
  • Вы уже все построили, даже купили котлы отопления, но выяснилось, что у Вас нет расчета! — так тоже часто бывает несмотря на то, что теплотехнический расчет должен выполняться первым делом, на предпроектной стадии

Говоря, ОБЪЕКТ, мы подразумеваем следующие варианты:

  • Малоэтажные жилые дома (котеджи)
  • Котеджные поселки
  • Деревни
  • Жилые микрорайоны
  • Жилые комплексы
  • Торговые центры
  • Складские комплексы
  • Гаражи
  • Цеха
  • Административно-бытовые корпуса
  • Рестораны
  • Офисные здания
  • Гостиницы
  • Производственно-складские комплексы
  • Банки
  • Котельные
  • Заводы
  • Школы
  • Спортивные школы
  • Детские сады
  • Футбольные стадионы
  • Автомойки
  • Авто тех. центры
  • Храмы
  • Типографии
  • Бани
  • Больницы
  • Сельскохозяйстенные предприятия: коровники, телятники, птицефермы
  • Теплицы (площадью до нескольких гектар)
  • и любые другие объекты — мы не боимся сложностей!

Все вышеперечисленные типы объектов уже были в нашей практике. Список наших клиентов

Нам доверяют:

  • Группа компаний ИКЕА
  • Инновационный центр «Сколково»
  • Футбольный клуб «Локомотив»
  • Свято-Троицкая Сергиева Лавра
  • Техцентр «Скания-Русь»
  • и многие другие!

 

 

Наши клиенты

Онлайн сервис «Расчет мощности котельной»

Что понадобится от Вас для выполнения расчета

Чтобы провести квалифицированный теплотехнический расчет, необходима следующая исходная информация:

  • отопление- поэтажные планы с указанием параметров помещений и разрезы зданий (техпаспорт БТИ)
  • вентиляция — функциональное назначение помещений и кратность воздухообмена в час
  • ГВС — число точек водоразбора горячей воды (краны-смесители,душевые, мойки, ванны), число посадочных мест в столовой, количество кг сухого белья в смену в прачечной, число работающих в смену и проч.
  • технологические нужды — подробное описание технологического процесса, кол-во и мощность горелок для каждого оборудования
  • воздушно-тепловые завесы — количество ворот, их размеры, месторасположение и график их работы — время работы в сутки и количество одновременно работающих ВТЗ
  • бассейны — их типы, количество и размеры.

 

Кроме этого, для выполнения теплотехнического расчета здания необходима информация общего плана (количество рабочих смен, число рабочих дней в году, число работающих в смену).

Для расчета годового расхода газа электрогенерирующих установок (газопоршневые или газотурбины) необходимо представить типичный суточный график электронагрузок для «зимы» и «лета».

Теплотехнический расчет определит мощность котлов

Одна из задач теплотехнического расчета для жилого здания или промышленного объекта — определение тепловой мощности, необходимой для обеспечения качественного обогрева объекта.

Теплотехнический расчет отопления подразумевает знание детальной информации об объекте, без которой невозможно провести качественный анализ тепловых затрат. К числу таких показателей относятся:

  • габаритные размеры помещений: длина, ширина, высота
  • температура внутри помещения
  • данные о вентиляции (кратность воздухообмена)
  • тип этажа: надземный/подземный

Теплотехнический расчет отопления позволяет определить тепловую мощность, необходимую для обогрева помещений (зданий), но обычно показатель увеличивается на 15-20% в целях обеспечения запаса мощности, на случай форс-мажорных обстоятельств.
На данном этапе расчета Вы можете подобрать для объекта котлы отопления — расчет подскажет мощность котельной.

Расчет определит необходимое кол-во топлива

Теплотехнический расчет является первичным документом, на основании которого происходит получение лимита газа (технических условий) для объекта. Без расчета не возможно получение ТУ.

В качестве потребителей тепла (топлива) могут выступать:

  • сети отопления
  • сети горячего водоснабжения
  • вентиляция
  • технологическое оборудование
  • вспомогательные объекты (бассейны, тепловые завесы и т.п.)

Теплотехнический расчет  помогает корректно определить мощности оборудования, которое должно быть установлено на объекте, на основании расчета базируется механизм выбора типа котельной (как тепловой схемы работы, так и оборудования, основного и вспомогательного: горелок, котлов, теплообменников, распределителей, регуляторов, насосов, счетчиков).

Теплотехнический расчет включает следующие составляющие:

  1. Определение энергии, выделяющейся при сгорании топлива
  2. Калькуляция теплопотерь в топке, котлах, вспомогательном оборудовании

При этом необходимо учитывать возможные перспективы развития объекта, что неизбежно приводит к изменению объемов потребления топлива.

В любой момент Вы можете связаться с нами, чтобы задать интересующие Вас вопросы и сделать заказ.

 

ООО «Теплорасчет-проект»
Владимир Яковлевич Герб
8-915-123-9538
8-499-707-7560
Напишите нам
г. Москва, Колодезный пер, 2Ас1

Теплотехнический расчет. Пример ТН-КРОВЛЯ Классик

Теплотехнический расчет

Многоквартирный жилой дом в городе Екатеринбурге Теплотехнический расчет 1-48-ТФ-04-3 Технический специалист: Потовой С. М. Руководитель подразделения: Шелестов А. В. 2017 Содержание 1. Описание конструкции,

Подробнее

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

03.2017 Государственное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет» (ФГБОУ ВО СибАДИ) ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР «СТРОЙТЕСТ-СИБАДИ» ТЕХНИЧЕСКОЕ

Подробнее

Площадь надземного остекления по сторонам света. Сторона света Площадь, м 2 Ю 7,15 С 4,5 В 7,5 З 2,7 Всего 21,85. Климатические параметры

Объемно-планировочные показатели Отапливаемый объем здания V от = 307,55 м 3, Сумма площадей этажей здания А от = 87,87 м 2 ; Расчетная площадь общественных помещений А р = 71,93 м 2 ; Высота здания от

Подробнее

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

ООО «Сен-Гобен Строительная Продукция Рус» ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» 2017 Исходные данные Вид конструкции: Покрытие — Плоская кровля (железобетон) Территория: Липецк,

Подробнее

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Подробнее

СП I

I МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СВОД ПРАВИЛ СП 230.1325800.2015 КОНСТРУКЦИИ ОГРАЖДАЮЩИЕ ЗДАНИЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ II Издание

Подробнее

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

ООО «Сен-Гобен Строительная Продукция Рус» ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» 2017 Исходные данные Вид конструкции: Перекрытие — Чердачное Территория: Кемерово, Кемеровская

Подробнее

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

ООО «Сен-Гобен Строительная Продукция Рус» ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» 2017 Исходные данные Вид конструкции: Перекрытие — Над проездом Территория: Санкт-Петербург,

Подробнее

КОНСТРУКЦИИ ОГРАЖДАЮЩИЕ ЗДАНИЙ

С В О Д П Р А В И Л Министерство регионального развития Российской Федерации КОНСТРУКЦИИ ОГРАЖДАЮЩИЕ ЗДАНИЙ Характеристики теплотехнических неоднородностей Москва 2014 1 Предисловие Цели и принципы стандартизации

Подробнее

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

ООО «Сен-Гобен Строительная Продукция Рус» ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» 2016 Исходные данные Вид конструкции Стена — Многослойная Территория Ачинск, Красноярский край

Подробнее

ИЗМЕНЕНИЕ N 3 СНиП II-3-79

Принято и введено в действие Постановлением Минстроя РФ от 11 августа 1995 г. N 18-81 ИЗМЕНЕНИЕ N 3 СНиП II-3-79 1. Пункт 2.1 изложить в новой редакции: «2.1 Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих

Подробнее

ТЕКСТОВАЯ ЧАСТЬ ВВЕДЕНИЕ

Инв. подл. Подпись и дата Взам. инв. ТЕКСТОВАЯ ЧАСТЬ ВВЕДЕНИЕ Настоящий раздел «Мероприятия по обеспечению соблюдения требований энергетической эффективности и требований оснащенности зданий, строений

Подробнее

СТРОИТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА МИНОБРНАУКИ РОССИИ

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный лесотехнический университет» Кафедра ландшафтного строительства

Подробнее

Теплотехнический расчет

Теплотехнический расчет Расчет по СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» Расчет по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» Расчет по СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» (разделы 2 и 6) — сопротивление

Подробнее

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

ООО «Сен-Гобен Строительная Продукция Рус» ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» 2018 Исходные данные Вид конструкции: Стена — Многослойная Территория: Дмитров, Московская область

Подробнее

ЭЭФ.Р.ТЭ

Открытое акционерное общество «Проектная фирма ЛИДЕР» СВИДЕТЕЛЬСТВО 033601-2012-02771087063-П-172 выдано 30092012г саморегулируемой организацией, основанной на членстве лиц, осуществляющих подготовку проектной

Подробнее

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БРЕСТСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ КАФЕДРА ГОРОДСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по теплотехническому расчету ограждающих конструкций

Подробнее

ПРИЛОЖЕНИЯ. страница 311

ПРИЛОЖЕНИЯ страница 311 страница 312 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПРИМЕР РАСЧЕТА ПОВЫШЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТЫ СТЕНЫ Административное здание в г. Москве. Усиление теплозащиты выполнено с применением минераловатных плит «ТЕХНО

Подробнее

Обозначение Наименование Примечание

07.2009 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия» (СибДИ) ИСПЫТТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР «СТРОЙТЕСТ-СИДИ» МЕТОДИК ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО

Подробнее

ТН-КРОВЛЯ Стандарт ПК-05-01

OOO «ТехноНИКОЛЬ-СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ» Строительные системы ТехноНИКОЛЬ ТН-КРОВЛЯ Стандарт Альбом узлов Москва 0 листа Название Шифр узла 0 Титульный лист Ведомость чертежей Ведомость чертежей (продолжение)

Подробнее

Рекомендации. Самара 2016 г.

Рекомендации по проектированию и возведению ограждающих конструкций каркасных жилых и общественных зданий из крупноформатного керамического камня KEAKAM 38ST (КПТП-III) производства АО «Самарский комбинат

Подробнее

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ЗДАНИЯ Э

Общество с ограниченной ответственностью «ВыборгСтройПроект» Ленинградская область, г. Выборг, Московский проспект, дом 7 http://www.vsp-vyborg.ru/; т. 8 81378 277-11; 277-50; электронная почта: [email protected]

Подробнее

АННОТАЦИЯ Болотова Е.И., Совершенствование методики теплотехнического расчета кровельного покрытия. Челябинск: ЮУрГУ, АС 239; 2016, с., 33ил., 12 табл., библиогр.список наим Объектом исследования являются

Подробнее

Вестник КРСУ Том

УДК 693.9: 004 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОМ РАСЧЕТЕ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ Д.П. Халимов Показано использование информационных технологий при теплотехническом расчете ограждающих

Подробнее

Мир Проектов Архитектурное бюро

Мир Проектов Архитектурное бюро ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ проверка температурного режима, расположенных по адресу: Заказ: ХХХХХХ Главный инженер проекта /Чуковский ВН/ Инженер проекта /Замятин ДА/ МОСКВА

Подробнее

Рекомендации. Самара 2016 г.

Рекомендации по проектированию и возведению ограждающих конструкций каркасных жилых и общественных зданий из крупноформатного керамического камня KEAKAM 30ST (КПТП-IV) производства АО «Самарский комбинат

Подробнее

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ЗДАНИЯ

01. О Б Щ А Я И Н Ф О Р М А Ц И Я Украина с. Вишенки Адрес здания Коттеджный городок «Золоче-Прованс» Год реконструкции 2016 Отапливаемая площадь м2 3300 Отапливаемый объём м3 7591 Размещение в застройке

Подробнее

Расчет материалов Пример

Производственный корпус Расчет материалов Пример Расчет выполнил: Шелестов А. 2017 Общие данные Дата поступления исходных данных: Дата выдачи расчета: Шифр расчета: CRM 08.02.2017 10.02.2017 Пример 167027

Подробнее

Теплотехнический расчёт здания — считаем теплопотери по площади и по объему

Здесь вы узнаете:

Теплорасчет позволяет установить оптимальную (две границы – минимальная и максимальная) толщину стен ограждающих и несущих конструкций, которые обеспечат длительную эксплуатацию без промерзаний и перегревов перекрытий и перегородок. Иначе говоря, эта процедура позволяет вычислить реальную или предполагаемую, если она проводится на этапе проектирования, тепловую нагрузку здания, которая будет считаться нормой.

В основу анализа входят следующие данные:

  • конструкция помещения – наличие перегородок, теплоотражающих элементов, высота потолков и пр.;
  • особенности климатического режима в данной местности – максимальные и минимальные границы температур, разница и стремительность температурных перепадов;
  • расположенность строения по сторонам света, то есть учет поглощения солнечного тепла, на какое время суток приходится максимальная восприимчивость тепла от солнца;
  • механические воздействия и физические свойства строительного объекта;
  • показатели влажности воздуха, наличие или отсутствие защиты стен от проникновения влаги, присутствие герметиков, в том числе герметизирующих пропиток;
  • работа естественной или искусственной вентиляции, присутствие «парникового эффекта», паропроницаемость и многое другое.

 

При этом оценка этих показателей должна соответствовать ряду норм – уровню сопротивления теплопередаче, воздухопроницаемости и пр. Рассмотрим их подробнее.

Для чего делают теплотехнический расчёт здания

Ряд целей актуален только для жилых домов или, напротив, промышленных помещений, но большинство решаемых проблем подходит для всех построек:

  • Сохранение комфортных климатических условий внутри комнат. В термин «комфорт» входит как отопительная система, так и естественные условия нагревания поверхности стен, крыши, использование всех источников тепла. Это же понятие включают и систему кондиционирования. Без должной вентиляции, особенно на производстве, помещения будут непригодны для работы.
  • Экономия электроэнергии и других ресурсов на отопление. Здесь имеют место следующие значения:
    • удельная теплоемкость используемых материалов и обшивки;
    • климат снаружи здания;
    • мощность отопления.

Крайне неэкономично проводить отопительную систему, которая просто не будет использоваться в должной степени, но зато будет трудна в установлении и дорога в обслуживании. То же правило можно отнести к дорогостоящим стройматериалам.

Требования и сопутствующая документация

Государственные проверяющие органы, руководящие организацией и регламентацией строительства, а также проверкой выполнения техники безопасности, составили СНиП № 23-02-2003, в котором подробно излагаются нормы проведения мероприятий по тепловой защите зданий.

Документ предлагает инженерные решения, которые обеспечат наиболее экономичный расход теплоэнергии, которая уходит на отопление помещений (жилых или промышленных, муниципальных) в отопительный период. Эти рекомендации и требования были разработаны с учетом вентиляции, конверсии воздуха, а также со вниманием к месторасположению точек поступления тепла.

СНиП – это законопроект на федеральном уровне. Региональная документация представлена в виде ТСН – территориально-строительных норм.

Не все постройки входят в юрисдикцию этих сводов. В частности, не проверяются по этим требованиям те строения, которые отапливаются нерегулярно или вовсе сконструированы без отопления. Обязательным теплорасчет является для следующих зданий:

  • жилые – частные и многоквартирные дома;
  • общественные, муниципальные – офисы, школы, больницы, детские сады и пр.;
  • производственные – заводы, концерны, элеваторы;
  • сельскохозяйственные – любые отапливаемые постройки с/х назначения;
  • складские – амбары, склады.

В тексте документа прописаны нормы для всех тех составляющих, которые входят в теплотехнический анализ.

Требования к конструкциям:

  • Теплоизоляция. Это не только сохранение тепла в холодное время года и недопущение переохлаждений, промерзаний, но и защита от перегрева летом. Изоляция, таким образом, должна быть обоюдосторонней – предупреждение влияний извне и отдачи энергии изнутри.
  • Допустимое значение перепада температур между атмосферой внутри здания и терморежимом внутренней части ограждающих конструкций. Это приведет к скоплению конденсата на стенах, а также к негативному влиянию на здоровье людей, находящихся в помещении.
  • Теплоустойчивость, то есть температурная стабильность, недопущение резких перемен в нагреваемом воздухе.
  • Воздухопроницаемость. Здесь важен баланс. С одной стороны, нельзя допустить остывания постройки из-за активной отдачи тепла, с другой стороны, важно предупредить появление «парникового эффекта». Он бывает, когда использован синтетический, «недышащий» утеплитель.
  • Отсутствие сырости. Повышенная влажность – это не только причина для появления плесени, но и показатель, из-за которого происходят серьезные потери теплоэнергии.

Параметры для выполнения расчетов

Чтобы выполнить теплорасчет, нужны исходные параметры.

Зависят они от ряда характеристик:

  1. Назначения постройки и ее типа.
  2. Ориентировки вертикальных ограждающих конструкций относительно направленности к сторонам света.
  3. Географических параметров будущего дома.
  4. Объема здания, его этажности, площади.
  5. Типов и размерных данных дверных, оконных проемов.
  6. Вида отопления и его технических параметров.
  7. Количества постоянных жильцов.
  8. Материала вертикальных и горизонтальных оградительных конструкций.
  9. Перекрытия верхнего этажа.
  10. Оснащения горячим водоснабжением.
  11. Вида вентиляции.

Учитываются при расчете и другие конструктивные особенности строения. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций не должна способствовать чрезмерному охлаждению внутри дома и снижать теплозащитные характеристики элементов.

Потери тепла вызывает и переувлажнение стен, а кроме того, это влечет за собой сырость, отрицательно влияющую на долговечность здания.

В процессе расчета, прежде всего, определяют теплотехнические данные стройматериалов, из которых изготавливаются ограждающие элементы строения. Помимо этого, определению подлежит приведенное сопротивление теплопередачи и сообразность его нормативному значению.

Расчет потерь тепла по площади помещений

Первым методом расчета тепловой нагрузки системы отопления пользуются для укрупненного определения мощности системы отопления всего дома и общего понимания количества и типа радиаторов, а также мощности котельного оборудования. Так как метод не учитывает регион строительства (расчетную наружную температуру зимой), количество потерь тепла через фундаменты, крыши или нестандартное остекление, то количество потерь тепла, рассчитанное укрупненным методом исходя из площади помещения, может быть как больше, так и меньше фактических значений.

Источники теплопотерь здания

А при использовании современных теплоизоляционных материалов мощность котельного оборудования может быть определена с большим запасом. Таким образом, при устройстве систем отопления возникнет большой перерасход материалов и будет приобретено более дорогостоящее оборудование. Поддержание комфортной температуры в помещениях будет возможно только при условии, что будет установлена современная автоматика, которая не допустит перегрева помещений выше комфортных температур.

В худшем случае, мощность системы отопления может быть занижена и дом в самые холодные дни не будет прогрет.

Тем не менее, этим способом определения мощности систем отопления пользуются достаточно часто. Следует только понимать, в каких случаях такие укрупненные расчеты приближены к реальности.

Итак, формула для укрупненного определения количества теплопотерь выглядит следующим образом:

Q=S*100 Вт (150 Вт),Q — требуемое количество тепла, необходимое для обогрева всего помещения, ВтS — отапливаемая площадь помещения, м?Значение 100-150 Ватт является удельным показателем количества тепловой энергии, приходящейся для обогрева 1 м?.

При использовании первого метода для укрупненного метода расчета тепловой мощности следует ориентироваться на следующие рекомендации:

  • В случае, когда в расчетном помещении из наружных ограждающих конструкций имеются одно окно и одна наружная стена, а высота потолков менее трех метров, то на 1м2 отапливаемой площади приходится 100 Вт тепловой энергии.
  • При расчете углового помещения с двумя оконными конструкциями или балконными блоками либо помещение высотой более трех метров, то в диапазон удельной тепловой энергии на 1 м2 составляет от 120 до 150 Вт.
  • Если же прибор отопления в будущем планируется устанавливать под окном в нише либо декорировать защитными экранами, поверхность радиаторов и, следовательно, их мощность необходимо увеличить на 20-30%. Это обусловлено тем, что тепловая мощность радиаторов будет частично тратиться на прогрев дополнительных конструкций.

Недостатки расчета по площади

Расчет, основанный на площадном показателе, не отличается большой точностью. Здесь не принят во внимание такой параметр, как климат, температурные показатели как минимальные, так и максимальные, влажность. Из-за игнорирования многих важных моментов расчет имеет значительные погрешности.

Часто стараясь перекрыть их, в проекте предусматривают «запас».

Если все же для расчета выбран этот способ, нужно учитывать следующие нюансы:

  1. При высоте вертикальных ограждений до трех метров и наличии не более двух проемов на одной поверхности, результат лучше умножить на 100 Вт.
  2. Если в проект заложен балкон, два окна либо лоджия, умножают в среднем на 125 Вт.
  3. Когда помещения промышленные или складские, применяют множитель 150 Вт.
  4. В случае расположения радиаторов вблизи окон, их проектную мощность увеличивают на 25%.

Потери через вентиляцию дома

Ключевым параметром в этом случае является кратность воздухообмена. При условии, что стены дома паропроницаемые, эта величина равна единице.


Проникновение холодного воздуха в дом осуществляется по приточной вентиляции. Вытяжная вентиляция способствует уходу теплого воздуха. Снижает потери через вентиляцию рекуператор-теплообменник. Он не допускает ухода тепла вместе с выходящим воздухом, а входящие потоки он нагревает

Предусматривается полное обновление воздуха внутри здания за один час. Здания, построенные по стандарту DIN, имеют стены с пароизоляцией, поэтому здесь кратность воздухообмена принимают равной двум.

Есть формула, по которой определяют теплопотери через систему вентиляции:

Qв = (V х Кв : 3600) х Р х С х dT

Здесь символы обозначают следующее:

  1. Qв — теплопотери.
  2. V — объем комнаты в мᶾ.
  3. Р — плотность воздуха. еличина ее принимается равной 1,2047 кг/мᶾ.
  4. Кв — кратность воздухообмена.
  5. С — удельная теплоемкость. Она равна 1005 Дж/кг х С.

По итогам этого расчета можно определить мощность теплогенератора отопительной системы. В случае слишком высокого значения мощности выходом из ситуации может стать устройство вентиляции с рекуператором. Рассмотрим несколько примеров для домов из разных материалов.

Теплорасчет ограждающих конструкций по объему здания

Обычно такой способ используется для тех строений, где высокие потолки – более 3 метров. То есть промышленные объекты. Минусом такого способа является то, что не учитывается конверсия воздуха, то есть то, что вверху всегда теплее, чем внизу.

Формула:

Q=V*41 Вт (34 Вт)

  • V – наружный объем строения в м куб;
  • 41 Вт – удельное количество тепла, необходимое для обогрева одного кубометра здания. Если строительство ведется с применением современных строительных материалов, то показатель равен 34 Вт.

Для общей формулы мы советуем дополнительно использовать коэффициенты – это число, на которое нужно умножить результат:

  • Стекла в окнах:
    • двойной пакет – 1;
    • переплет – 1,25.
  • Материалы утеплителя:
    • новые современные разработки – 0,85;
    • стандартная кирпичная кладка в два слоя – 1;
    • малая толщина стен – 1,30.
  • Температура воздуха зимой:
    • -10 – 0,7;
    • -15 – 0,9;
    • -20 – 1,1;
    • -25 – 1,3.
  • Процент окон в сравнении с общей поверхностью:
    • 10% – 0,8;
    • 20% – 0,9;
    • 30% – 1;
    • 40% – 1,1;
    • 50% – 1,2.

Все эти погрешности могут и должны быть учтены, однако, редко используются в реальном строительстве.

Теплотехнический расчет индивидуального жилого дома

Приведенные выше методики укрупненных расчетов больше всего ориентированы на продавцов или покупателей радиаторов систем отопления, устанавливаемых в типовых многоэтажных жилых домах. Но когда речь идет о подборе дорогостоящего котельного оборудования, о планировании системы отопления загородного дома, в котором кроме радиаторов будут установлены системы напольного отопления, горячего водоснабжения и вентиляции, пользоваться этими методиками крайне не рекомендуется.

Каждый владелец индивидуального жилого дома или коттеджа еще на стадии строительства достаточно скрупулезно подходит к разработке строительной документации, в которой учитываются все современные тенденции использования строительных материалов и конструкций дома. Они обязательно должны не быть типовыми или морально устаревшими, а изготовлены с учетом современных энергоэффективных технологий. Следовательно, и тепловая мощность системы отопления должна быть пропорционально ниже, а суммарные затраты на устройство системы обогрева дома значительно дешевле. Эти мероприятия позволяют в дальнейшем при использовании отопительного оборудования снижать затраты на потребление энергоресурсов.

Расчет теплопотерь выполняется в специализированных программах либо с использованием основных формул и коэффициентов теплопроводности конструкций, учитывается влияние инфильтрации воздуха, наличие или отсутствие систем вентиляции в здании. Расчет заглубленных цокольных помещений, а также крайних этажей производится по отличной от основных расчетов методике, которая учитывает неравномерность остывания горизонтальных конструкций, то есть потери тепла через крышу и пол. Выше приведенные методики этот показатель не учитывают.

Теплотехнический расчет выполняется, как правило, квалифицированными специалистами в составе проекта на систему отопления в результате которого производится дальнейший расчет количества и мощность приборов отопления, мощность отдельного оборудования, подбор насосов и другого сопутствующего оборудования.

В качестве наглядного примера выполним расчет теплопотерь в специализированной программе для трех домов, построенных по одной технологии, но с различной толщиной теплоизоляции наружных стен: 100 мм, 150 мм и 200 мм. Расчет ведется для угловой жилой комнаты с одним окном, площадью 8,12 м?. Регион строительства Московская область.

Исходные данные:

  • Помещение с обмером по наружным габаритам 3000х3000;
  • Окно размерами 1200х1000.

Целью расчета является определение удельной мощности системы отопления, необходимой для нагрева 1м.2

Результат:

  • Qуд при т/изоляции 100 мм составляет 103 Вт/м2
  • Qуд при т/изоляции 150 мм составляет 81 Вт/м2
  • Qуд при т/изоляции 200 мм составляет 70 Вт/м2

Как видно из расчета, наибольшие потери тепла составляют для жилого дома с наименьшей толщиной изоляции, следовательно, мощность котельного оборудования и радиаторов будет выше на 47% чем при строительстве дома с теплоизоляцией в 200 мм.

Влияние воздушной прослойки

В случае, когда в трехслойной кладке в качестве утеплителя применяются минеральная вата, стекловата или другой плитный утеплитель, необходимо устройство воздушной вентилируемой прослойки между наружной кладкой и утеплителем. Толщина этой прослойки должна составлять не менее 10 мм, а желательно 20-40 мм. Она необходима для того, чтобы осушать утеплитель, который намокает от конденсата.

Данная воздушная прослойка является не замкнутым пространством, поэтому в случае ее наличия в расчете необходимо учитывать требования п.9.1.2 СП 23-101-2004, а именно:

а) слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью (в нашем случае — это декоративный кирпич (бессер)), в теплотехническом расчете не учитываются;

б) на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой наружным воздухом прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи αext = 10,8 Вт/(м°С).

Примечание: влияние воздушной прослойки учитывается, например, при теплотехническом расчете пластиковых стеклопакетов.

Пример теплотехнического расчета

Рассчитаем жилой дом, находящийся в 1 климатическом районе (Россия), подрайон 1В. Все данные взяты из таблицы 1 СНиП 23-01-99. Наиболее холодная температура, наблюдающаяся на протяжении пяти дней обеспеченностью 0,92 — tн = -22⁰С.

В соответствии со СНиП отопительный период (zоп) продолжается 148 суток. Усредненная температура на протяжении отопительного периода при среднесуточных температурных показателях воздуха на улице 8⁰ — tот = -2,3⁰. Температура снаружи в отопительный сезон — tht = -4,4⁰.


Теплопотери дома — важнейший момент на этапе его проектирования. От итогов расчета зависит и выбор стройматериалов, и утеплителя. Нулевых потерь не бывает, но стремиться нужно к тому, чтобы они были максимально целесообразными

Оговорено условие, что в комнатах дома должна быть обеспечена температура 22⁰. Дом имеет два этажа и стены толщиной 0,5 м. Высота его — 7 м, габариты в плане — 10 х 10 м. Материал вертикальных ограждающих конструкций — теплая керамика. Для нее коэффициент теплопроводности — 0,16 Вт/м х С.

В качестве наружного утеплителя, толщиной 5 см, использована минеральная вата. Значение Кт для нее — 0,04 Вт/м х С. Количество оконных проемов в доме — 15 шт. по 2,5 м² каждое.

Теплопотери через стены

Прежде всего, нужно определить термическое сопротивление как керамической стены, так и утеплителя. В первом случае R1 = 0,5 : 0,16 = 3,125 кв. м х С/Вт. Во втором — R2 = 0,05 : 0,04 = 1,25 кв. м х С/Вт. В целом для вертикальной ограждающей конструкции: R = R1 + R2 = 3.125 + 1.25 = 4.375 кв. м х С/Вт.

Так как теплопотери имеют прямо пропорциональную взаимосвязь с площадью ограждающих конструкций, рассчитываем площадь стен:

А = 10 х 4 х 7 – 15 х 2,5 = 242,5 м²

Теперь можно определить потери тепла через стены:

Qс = (242,5 : 4.375) х (22 – (-22)) = 2438,9 Вт.

Теплопотери через горизонтальные ограждающие конструкции рассчитывают аналогично. В итоге все результаты суммируют.


Если есть подвал, то теплопотери через фундамент и пол будут меньшими, поскольку в расчете участвует температура грунта, а не наружного воздуха

Если подвал под полом первого этажа отапливается, пол можно не утеплять. Стены подвала все же лучше обшить утеплителем, чтобы тепло не уходило в грунт.

Определение потерь через вентиляцию

Чтобы упростить расчет, не учитывают толщину стен, а просто определяют объем воздуха внутри:

V = 10х10х7 = 700 мᶾ.

При кратности воздухообмена Кв = 2, потери тепла составят:

Qв = (700 х 2) : 3600) х 1,2047 х 1005 х (22 – (-22)) = 20 776 Вт.

Если Кв = 1:

Qв = (700 х 1) : 3600) х 1,2047 х 1005 х (22 – (-22)) = 10 358 Вт.

Эффективную вентиляцию жилых домов обеспечивают роторные и пластинчатые рекуператоры. КПД у первых выше, он достигает 90%.

Программное обеспечение при проектировании отопительной системы

С помощью компьютерных программ от компании «ЗВСОФТ» можно рассчитать все материалы, затраченные на отопление, а также сделать подробный поэтажный план коммуникаций с отображением радиаторов, удельной теплоемкости, энергозатрат, узлов.

Фирма предлагает базовый САПР для проектных работ любой сложности – ZWCAD 2018 Professional. В нем можно не только сконструировать отопительную систему, но и создать подробную схему для строительства всего дома. Это можно реализовать благодаря большому функционалу, числу инструментов, а также работе в двух– и трехмерном пространстве.

К базовому софту можно установить надстройку ИНЖКАД. Эта программа разработана для проектирования всех инженерных систем, в том числе для отопления. С помощью легкой трассировки линий и функции наслоения планов можно спроектировать на одном чертеже несколько коммуникаций – водоснабжение, электричество и пр.

Перед постройкой дома сделайте теплотехнический расчет. Это поможет вам не ошибиться с выбором оборудования и покупкой стройматериалов и утеплителей.

Методика теплотехнического расчета здания для вентфасада ?

В этой статье мы хотим рассказать вам, как произвести теплотехнический расчет наружных стен с системами вентилируемых фасадов, а также как рассчитать правильное движение потоков воздуха и влаги в прослойках.  Все это, в совокупности, носит название теплотехническое проектирование. Принципы, лежащие в основе всех этих расчетов, изложены в требованиях СНиП  II-3-79 и МГСН 2.01-99. Цель выполняемого проекта – соответствие проектируемой конструкции изложенным правилам. С практической точки зрения, это обеспечит оптимальный микроклимат, предотвратит появление грибка и конденсата, а также поможет снизить затраты на отопление.

В расчетах часто используются некоторые понятия, с которыми мы хотим вас сразу ознакомить. Например, прослойка между стеной и экраном – она вентилируется наружным воздухом. Различные отверстия, щели, швы или зазоры. Они могут быть расположены в вертикальном, так и горизонтальном положении. Экран-панель, о которой мы упомянули, сделана из разнообразных материалов, устойчивых к изменению погоды.

Пример теплотехнического расчета наружной стены

Главные принципы расчетов

Если производится расчет для сооружений с вентилируемым фасадом, то всегда необходимо брать во внимание характеристики экранируемой стены. Необходимо рассчитать правильное соотношение размера полости (шва) для воздушного притока и величины используемого экрана. Шов должен быть спроектирован так, чтобы избежать возможности его закупорки.

Правила проектирования

При выполнении теплотехнического расчета, важно придерживаться правильной последовательности.

  1. Первый шаг проектирования – это определение характеристик стены, экранов, отверстий.
  2. После этого уже можно заняться теплотехническим расчетом наружных стен с экраном. На этом этапе вы должны определить требуемую толщину теплоизоляции, основываясь на правилах СНиП и МГСН.
  3. После расчета воздухообмена, производится вычисление  влагообмена.

Если формулы выявили, что экранируемые стены соответствуют нормам, значит, расчет верный и проектирование завершаем. Если же нет, то нужно привести конструкцию в соответствие с требованиями, путем замены используемых материалов.

Нормативные акты

Как мы и говорили вначале, основные нормативные требования проектирования изложены в СНиП  II-3-79 и МГСН 2.01-99. Критерии для оценивания систем являются показатели санитарных и гигиенических условий, уровень комфорта, а также условия энергосбережения.

Способ теплотехнического  расчета для наружной стены с системой вентфасада

Пример теплотехнического расчета вентилируемого фасада

Сначала необходимо подобрать толщину слоя теплоизоляции.

Затем определить показатели влажностного режима, учитывая годовые изменения и согласованность с действующими нормами. Толщина теплоизоляции, по методу определения влажностного режима наружных стен высчитываются также согласно принятым стандартам в СНиП  II-3-79. Однако, влажностный режим варьируется от уровня влаги, поэтому при его расчете важно учитывать баланс влажности в годовом диапазоне.

Установить параметры воздухообмена. Чтобы определить характеристики воздушной массы в прослойке, требуется определить ее движение, вызванное воздействием гравитации и ветра.

Определить показатели тепловлажностного режима в прослойке. Чтобы рассчитать тепловлажностный режим, необходимо высчитать какова температура воздуха, проникающего в прослойку. Затем определить температурное сопротивление создаваемое прослойкой. После чего мы рассчитываем давление, создаваемое водяным паром, выходящим из прослойки.

Определить условный приведенный коэффициент паропроницаемости, учитывая швы меж панелей экранов. Чтобы получить коэффициента паропроницаемости экрана используют нормативы СНиП  II-3-79. Также допускается экспериментальное получение этого коэффициента. Первый шаг вычисления – определить относительное сопротивление паропроницанию в стыковых местах. Второй шаг – определить сопротивление паропроницанию плит экрана на его поверхности.  Третий шаг – определить сопротивление уже беря во внимание стыковые швы. Четвертый шаг – определение условного приведенного коэффициента паропроницанию  экрана, учитывая щели.

Уровень влажности, воздушной прослойки будет зависеть от того, какое сопротивление у паропроницания материалов экрана. Например, если во время проектирования использовали в качестве материала экрана гранит или природные камни, не учитывая стыковые швы, то влажностный режим не может соответствовать теплотехническим нормам. Ели же они были учтены, тогда требования удовлетворены.

От длины прослойки зависит скорость движения воздушных потоков, соответственно и эффективность влагообмена. Чем больше ее длина, тем выше скорость. Но при этом, чем она длиннее, тем ниже условный коэффициент паропроницаемости. Это увеличит возможность накопления влаги недопустимых значений на поверхности экрана. Поэтому определить уровень распределения влаги в вентилируемых стенах, возможно только проведя расчет согласно 2-му пункту.

Общие советы по ведению расчета

Старайтесь производить расчет в правильном порядке.

  1. Необходимо назначить величину швов, воздушных прослоек, панелей. Чтобы определить правильную величину, необходимо помнить о нижеследующих правилах:
  • расстояние между экраном и уплотнителем должно иметь минимальное значение– 30 мм;
  • воздуховыводящее пространство не должны площадью быть меньше приточного;
  • при использовании влагонепроницаемого экрана, величина приточной щели должна быть больше 0,015    0,020 м2 на 1 м2 экрана;
  • швы стыков рекомендуется делать высотой больше 15 мм.
  1. Определить какая толщина у утеплителя, согласно 1-му пункту.
  2. Рассчитать влажностный режим стены в согласии с нормами  (учитывая коэффициент паропроницаемости на поверхности экрана).
  3. Вычисление условного приведенного коэффициента паропроницаемости со швами, в согласии с 5-м пунктом.
  4. Вычисление упругости водяного пара, если нет расхода воздуха в прослойке.

При том, что расчет соответствует требованиям и имеет положительные результаты, то конструкция будет правильной. Однако, если обнаружены недостатки, требуется выполнить определенные действия для продолжения расчета:

  • вычислить показатели влажностного режима конструкции стены, взяв за основу годовой цикл;
  • рассчитать температуру и определить параметры воздушного и влажностного режима (скорости потока воздуха и упругости воздушного пара), которые будет иметь конструкция, включая прослойку;
  • привести структуру наружной стены и ее частей в согласие с нормативами.

Содержание проектно-сметной документации

Положение об общем порядке подготовки предпроектных и проектных документов для строительства определяют правила содержания рабочего проекта или рабочей документации для систем наружных стен с воздушной вентиляцией.

Документация состоит из нижеуказанных сведений:

Общая пояснительная записка, содержащая нижеуказанную информацию:

  • архитектурная идея решения фасадной части сооружения и отдельных архитектурных частей;
  • сведения о решении касательно конструкции систем и их частей;
  • сведения о решении специальных устройств на фасаде;
  • сведения  об эффективности работы систем энергосбережения,  утвержденных  технологических  решений,  итог теплотехнического расчета;
  • информацию о системах по экологии;
  • определяющие технические и экономические сведения о системе.

Архитектурный раздел – содержит чертежные схемы фасада здания, отдельных архитектурных частей и их связей. На чертежах должно быть продемонстрировано, то какие цвета будет иметь фасад и его отдельные части.

Конструкторский  раздел содержит чертежные схемы конструкций частей систем, с узлами и деталями, а также полноценные сведения об используемых материалах и изделиях.

Специальный раздел содержит чертежные схемы фасадов с указанием расположения устройств, узлы и части крепежных конструкций этих устройств на фасаде, а также информацию об оборудовании, материальных и изделиях, указанных в проекте. Дополнительно к этому, проект должен включать информацию об устройствах, которые будут обеспечивать возможность качественного обслуживания фасада (включая клининг) во время его эксплуатации.

Сметы на устройство системы создаются, используя действующие правила, единичные расценки, фактическую стоимость оборудования и материалов, а также установленные заказчиком калькуляции на определенные типы работ и компоненты конструкции.

Похожие статьи

Пример теплотехнического расчета сушильно-помольной установки для глинистого сланца при производстве клинкера портландцемента Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.1.016 Технические науки

Соскин М. И., магистрант строительного факультета, Пермский национальный исследовательский политехнический университет Шулепова А. В., магистрант строительного факультета, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ПРИМЕР ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА СУШИЛЬНО-

ПОМОЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ГЛИНИСТОГО СЛАНЦА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КЛИНКЕРА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Аннотация: В статье рассмотрены основные понятия связанные с сушкой и приведен пример теплотехнического расчета сушильно-помольной установки для глинистого сланца при производстве клинкера портландцемента.

Ключевые слова: Сушка, теплотехнический расчет, сушильно-помольная установка.

Abstract: The article describes the basic concepts related to drying and is an example of the calculation of heating drying and grinding plant for shale in the production of cement clinker.

Keywords: Drying, Thermal calculation, drying and grinding plant.

Сушкой называют термический процесс удаления влаги из твердых материалов путем её испарения. Процесс сушки изделий и материалов сопровождается изменением объема, которое называют усадкой. В процессе сушки из материала или изделий удаляют влагу, физико-механически и физико-химически связанную с ним.

Любой влажный материал в процессе сушки рассматривают как систему, состоящую из сухого материала и воды. Под сухим материалом (только для процессов сушки) понимают абсолютно сухой материал вместе с химически связанной влагой. Таким образом, массу влажного материала представляют в виде: GBM=GCM+W, где GBM — масса влажного материала; GCM — масса сухого

материала; W — масса физико-химически и физико-механически связанной влаги [1].

Материал представляет собой многокомпонентную систему, состоящую из твердого скелета, влаги, воздуха и паров воды. Различают три состояния материала по отношению к окружающей среде: влажное, равновесное и гигроскопическое. Под влажным понимают такое, при котором парциальное давление водяных паров на поверхности материала выше, чем парциальное давление водяных паров в окружающей среде. При этих условиях материал отдает влагу. Воздух, окружающий материал, ассимилирует влагу материала и постепенно насыщается ею. Равновесное состояние наблюдается при равенстве парциальных давлений водяных паров на поверхности материала и в окружающей среде. В этом случае сушки материала не происходит.

Гигроскопическое состояние материала, при котором парциальное давление водяных паров на поверхности материала меньше, чем парциальное давление водяных паров в окружающей среде, нехарактерно и может быть получено только искусственно.00″

WM?34 — начальная влажность материала

7

Q исп.вл = 30960 • — • 2645 = 5732244 кДж 30 = 3 6 • k • F • (t — t )

Чскр.ср л 1 v mm «-цу

k=11 — коэффициент теплопередачи (Вт/м2 • °С) tMM — max температура мельницы (°С) t4 — температура в цехе (°С)

л

F — площадь мельницы (м )

2 • п • 02 2 • 3,14 • 8,252

F = п • 0 • h +—= 3,14 • 8,25 • 1,86 +—= 155 м2

44

0 — внутренний диаметр барабана (м) h — длина барабана (м)

Оскр.мм = 10227856 1мм = 222,7 °С

Таким образом, максимально возможная температура нагрева мельницы Аэрофол аккумулированное транспортным воздухом составляет 222,7 °С.

Библиографический список

1. Перегудов В.В., Роговой М.И. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей. — М.: Стройиздат, 1983. — 416 с.

2. Никифорова Н.М. Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий промышленности строительных материалов и изделий. — М.: Стройиздат, 1985. — 271 с.

3. ГОСТ 12367-85 Мельницы трубные помольных агрегатов. Общие технические условия.

Как проводится теплотехнический расчет трубопровода. Методика и влияющие параметры

Для проектирования систем электрообогрева трубопроводов важно правильно провести теплотехнический расчет. Такой расчет включает в себя:

  • требуемую температуру рабочей среды, которую необходимо поддерживать
  • минимальную и максимальные климатические температуры, присущие данному региону
  • размещение трубопровода (на открытом воздухе, в помещении или под землей)
  • наружный диаметр трубопровода
  • толщину его стенки
  • длину трубопровода

Заявка на бесплатный расчет

Важными характеристиками для проведения теплотехнического расчета трубопровода являются также:

  • материал, из которого изготовлен трубопровод
  • коэффициент теплопроводности

Теплотехнический расчет позволяет определить теплопотери и осуществить подбор саморегулирующего кабеля для поддержания требуемых эксплуатационных параметров, что позволит защитить трубы от переохлаждения.

Компенсация теплопотерь одинаково актуальна как для промышленных систем (газо- и нефтепроводы, обогрев морозильных камер), так и для трубопроводов бытового назначения, расположенных на дачных участках и в коттеджах (водопровод и канализация)

Результаты теплотехнического расчета трубопровода должны соответствовать требованиям:

  • ГОСТ 62086-2-2005
  • СП 41-103-2000
  • СНиП 23-01-99

Общий алгоритм расчета теплопотерь и мощности обогрева:

В первую очередь учитывается наружный диаметр трубопровода и его расположение (на открытом воздухе, в помещении или под землей). Также принимаются во внимание материал теплоизоляции, толщина слоя и количество слоев теплоизоляции.

В результате полученные данные — это только расчетные показатели теплопотери, в них не входит запас по прочности. А для правильного подбора греющего кабеля необходимо также учитывать диапазон мощности обогрева. Обычно этот показатель лежит в пределах 20-50%. Но в зависимости от целей и задач он может быть увеличен до 120%.

Пример теплотехнического расчета трубопровода



Как видно, теплотехнический расчет трубопровода — непростая задача, учитывающая массу значений и корректирующих коэффициентов. Конечно, можно самому провести все вычисления. Однако, лучше доверить эту задачу профессионалам, имеющим многолетнй опыт расчета и подбора греющих кабелей. С помощью специального программного обеспечения, разработанного нашими специалистами, вы получите быстрый и точный теплотехнический расчет трубопровода и рекомендации по подбору кабелей.

Для клиентов компании такой расчет выполняется бесплатно.

Заявка на бесплатный расчет


Расчет теплопередачи с примерами

 

Расчет теплопередачи

Теорема сохранения энергии также применяется к теплообмену. В изолированной системе отданное тепло всегда равно отбираемому или изменение теплоты в системе равно нулю. Если соприкасаются два объекта, имеющих разную температуру, между ними начинается теплообмен. Количество отдаваемой теплоты равно количеству отбираемой теплоты. Одноместный объект имеет массу м 1 , температура T 1 и удельная теплоемкость C 1 , объект два имеет массу м 2 , температура T 2 и удельная теплоемкость c 2 .

 

 

Пример: Найдите конечную температуру смеси, если две чашки воды массами m1=150 г и m2=250 г и температурами T1=30 ºC и T2=75 ºC смешать в изолированной системе, в которой нет тепла. потерял. (cвода=1 кал/г.ºC)

 

 

 

 

 

 

 

Пример: Температура железного блока снижается с 85 ºC до 25 ºC.Если масса бруска 1,2 кг, рассчитайте теплоотдачу бруска. (кирон=0,115 кал/г.ºC)


 

 

 

 

 

 

 

 

Пример: График, приведенный ниже, показывает отношение между данным теплом и изменением температуры трех веществ, имеющих одинаковые массы. Сравните удельные теплоемкости этих веществ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку массы этих веществ равны, В имеет наибольшую удельную теплоемкость, потому что при одинаковом количестве теплоты изменение температуры В меньше, чем у двух других веществ.При этом А имеет минимальную удельную теплоемкость, потому что изменение его температуры при одном и том же количестве теплоты больше, чем у других. Наконец, удельная теплоемкость C находится между A и B. Таким образом;

c B >c C >c A

Исследования и решения для определения температуры нагрева и теплового расширения

Теплопередача< Предыдущая Далее >Изменение фазы/состояния (фазовый переход)

11.2 Теплота, удельная теплоемкость и теплопередача

Теплопроводность, конвекция и излучение

При наличии разницы температур происходит теплопередача. Теплопередача может происходить быстро, например, через кастрюлю, или медленно, например, через стенки изолированного холодильника.

Существует три различных метода теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Иногда все три могут происходить одновременно. См. рисунок 11.3.

Рис. 11.3 В камине передача тепла происходит всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.Излучение отвечает за большую часть тепла, передаваемого в помещение. Теплопередача также происходит за счет теплопроводности в помещение, но гораздо медленнее. Теплопередача конвекцией также происходит через холодный воздух, поступающий в помещение через окна, и горячий воздух, выходящий из помещения, поднимаясь вверх по дымоходу.

Теплопроводность – это передача тепла посредством прямого физического контакта. Тепло, передаваемое между электрической горелкой плиты и дном кастрюли, передается теплопроводностью. Иногда мы пытаемся контролировать теплопроводность, чтобы чувствовать себя более комфортно.Поскольку скорость теплопередачи у разных материалов разная, мы выбираем ткани, такие как толстый шерстяной свитер, которые зимой замедляют отвод тепла от тела.

Когда вы идете босиком по ковру в гостиной, ваши ноги чувствуют себя относительно комфортно… пока вы не ступите на кафельный пол кухни. Поскольку ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру, почему один кажется холоднее другого? Это объясняется различной скоростью теплопередачи: материал плитки отводит тепло от вашей кожи с большей скоростью, чем ковровое покрытие, что делает его более холодным.

Некоторые материалы просто проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В целом металлы (такие как медь, алюминий, золото и серебро) являются хорошими проводниками тепла, тогда как такие материалы, как дерево, пластик и резина, плохо проводят тепло.

На рис. 11.4 показаны частицы (атомы или молекулы) в двух телах при разных температурах. (Средняя) кинетическая энергия частицы в горячем теле больше, чем в более холодном. При столкновении двух частиц энергия передается от частицы с большей кинетической энергией к частице с меньшей кинетической энергией.Когда два тела находятся в контакте, происходит много столкновений частиц, что приводит к чистому потоку тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Тепловой поток зависит от разности температур ΔT=Thot-Tcold ΔT=Thot-Tcold. Поэтому от кипятка вы получите более сильный ожог, чем от горячей водопроводной воды.

Рис. 11.4 Частицы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на поверхности контакта, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области.На этом рисунке частица в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую кинетическую энергию до столкновения, но ее кинетическая энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью. Напротив, частица в более высокотемпературной области (левая сторона) имеет большую кинетическую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

Конвекция – это передача тепла движением жидкости. Такой вид теплопередачи происходит, например, в котле, кипящем на плите, или в грозу, когда горячий воздух поднимается вверх к основанию облаков.

Советы для достижения успеха

В повседневном языке термин жидкость обычно означает жидкость. Например, когда вы больны и врач говорит вам «вводить жидкости», это означает всего лишь пить больше напитков, а не вдыхать больше воздуха. Однако в физике под жидкостью понимается жидкость или газ . Жидкости движутся не так, как твердые материалы, и у них даже есть собственная область физики, известная как гидродинамика , которая изучает их движение.

При повышении температуры жидкостей они расширяются и становятся менее плотными.Например, на рис. 11.4 может быть изображена стенка воздушного шара с газами внутри воздушного шара с разной температурой, чем снаружи в окружающей среде. Более горячие и, следовательно, более быстро движущиеся частицы газа внутри воздушного шара ударяются о поверхность с большей силой, чем более холодный воздух снаружи, заставляя воздушный шар расширяться. Это уменьшение плотности по сравнению с окружающей средой создает плавучесть (тенденцию к подъему). Конвекция обусловлена ​​плавучестью — горячий воздух поднимается вверх, потому что он менее плотный, чем окружающий воздух.

Иногда мы контролируем температуру дома или самих себя, контролируя движение воздуха. Уплотнение протечек вокруг дверей с помощью герметика защищает от холодного ветра зимой. Дом на рис. 11.5 и кастрюля с водой на плите на рис. 11.6 являются примерами конвекции и плавучести, созданными человеком. Океанические течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую и являются примерами естественной конвекции.

Рисунок 11.5 Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается вверх, образуя конвективный контур, передающий энергию в другие части помещения. По мере того как воздух охлаждается на потолке и снаружи стен, он сжимается, в конечном итоге становясь более плотным, чем комнатный воздух, и опускается на пол. Правильно спроектированная система отопления, подобная этой, которая использует естественную конвекцию, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

Рис. 11.6 Конвекция играет важную роль в передаче тепла внутри этого сосуда с водой.После того, как тепло передается внутренней жидкости, передача тепла к другим частям электролизера происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, ее плотность уменьшается, и она поднимается, чтобы передать тепло другим областям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс повторяется до тех пор, пока в кастрюле есть вода.

Излучение – это форма теплопередачи, возникающая при испускании или поглощении электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи, все из которых имеют разные длины волн и количество энергии (более короткие волны имеют более высокую частоту и большую энергию).

Вы можете почувствовать передачу тепла от огня и от солнца. Точно так же вы иногда можете сказать, что духовка горячая, не прикасаясь к дверце и не заглядывая внутрь — она может просто согреть вас, когда вы проходите мимо. Другой пример — тепловое излучение человеческого тела; люди постоянно излучают инфракрасное излучение, которое не видно человеческому глазу, но ощущается как тепло.

Излучение — единственный метод передачи тепла, при котором не требуется среда, а это означает, что тепло не должно вступать в непосредственный контакт с каким-либо веществом или переноситься им.Пространство между Землей и Солнцем в значительной степени пусто, без какой-либо возможности передачи тепла путем конвекции или теплопроводности. Вместо этого тепло передается излучением, и Земля нагревается, поглощая электромагнитное излучение, испускаемое Солнцем.

Рисунок 11.7 Большая часть тепла от этого пожара передается наблюдателям через инфракрасное излучение. Видимый свет передает относительно небольшую тепловую энергию. Поскольку кожа очень чувствительна к инфракрасному излучению, вы можете почувствовать присутствие огня, не глядя на него прямо.(Дэниел Х. О’Нил)

Все объекты поглощают и излучают электромагнитное излучение (см. рис. 11.7). Скорость передачи тепла излучением зависит главным образом от цвета объекта. Черный — самый эффективный поглотитель и излучатель, а белый — наименее эффективный. Например, люди, живущие в жарком климате, обычно избегают носить черную одежду. Точно так же черный асфальт на парковке будет теплее, чем прилегающие участки травы в летний день, потому что черный поглощает лучше, чем зеленый.Верно и обратное: черный цвет излучает лучше, чем зеленый. В ясную летнюю ночь черный асфальт будет холоднее зеленой травы, потому что черный излучает энергию быстрее, чем зеленый. Напротив, белый — плохой поглотитель, а также плохой излучатель. Белый объект отражает почти все излучение, как зеркало.

Виртуальная физика

Энергетические формы и изменения

В этой анимации вы исследуете передачу тепла с помощью различных материалов. Поэкспериментируйте с нагревом и охлаждением железа, кирпича и воды.Это можно сделать, перетащив объект на пьедестал, а затем удерживая рычаг в положении «Нагрев» или «Охлаждение». Перетащите термометр рядом с каждым объектом, чтобы измерить его температуру — вы можете наблюдать, как быстро он нагревается или остывает в режиме реального времени.

Теперь давайте попробуем передавать тепло между объектами. Нагрейте кирпич, а затем поместите его в холодную воду. Теперь снова нагрейте кирпич, но затем поместите его поверх утюга. Что ты заметил?

Выбор параметра быстрой перемотки вперед позволяет ускорить передачу тепла, чтобы сэкономить время.

Проверка захвата

Сравните, как быстро нагреваются или охлаждаются различные материалы. Основываясь на этих результатах, какой материал, по вашему мнению, имеет наибольшую удельную теплоемкость? Почему? Какой из них имеет наименьшую удельную теплоемкость? Можете ли вы представить реальную ситуацию, в которой вы хотели бы использовать объект с большой удельной теплоемкостью?

  1. Вода дольше всего нагревается, а железо быстрее всего нагревается и охлаждается. Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью.Например, шерстяная одежда с большой теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
  2. Вода будет нагреваться меньше всего, а железо дольше всего нагреваться, как и остывать. Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
  3. Кирпичу потребуется меньше всего времени, а железу потребуется больше времени, чтобы нагреться, а также остыть.Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
  4. Вода будет нагреваться быстрее всего, а кирпич дольше всего нагреваться и остывать. Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.

Теплопередача, удельная теплоемкость и калориметрия – University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объяснять явления, связанные с теплом как формой передачи энергии
  • Решение задач, связанных с теплопередачей

В предыдущих главах мы видели, что энергия является одним из фундаментальных понятий физики. Тепло — это тип передачи энергии, вызванный разницей температур, который может изменить температуру объекта. Как мы узнали ранее в этой главе, теплопередача — это перемещение энергии из одного места или материала в другое в результате разницы температур. Теплопередача имеет основополагающее значение для таких повседневных действий, как отопление дома и приготовление пищи, а также для многих промышленных процессов. Он также формирует основу для тем в оставшейся части этой главы.

Мы также вводим понятие внутренней энергии, которая может быть увеличена или уменьшена за счет передачи тепла.Обсудим еще один способ изменения внутренней энергии системы, а именно совершение над ней работы. Таким образом, мы начинаем изучение взаимосвязи теплоты и работы, лежащей в основе двигателей и холодильников и центральной темы (и происхождения названия) термодинамики.

Внутренняя энергия и тепло

Тепловая система имеет внутреннюю энергию (также называемую тепловой энергией ) , которая представляет собой сумму механических энергий ее молекул. Внутренняя энергия системы пропорциональна ее температуре.Как мы видели ранее в этой главе, если два объекта с разными температурами соприкасаются друг с другом, энергия передается от более горячего объекта к более холодному до тех пор, пока тела не достигнут теплового равновесия (то есть они не будут иметь одинаковую температуру). Ни один из объектов не совершает никакой работы, потому что никакая сила не действует на расстоянии (как мы обсуждали в разделе «Работа и кинетическая энергия»). Эти наблюдения показывают, что тепло передается спонтанно из-за разницы температур. (Рисунок) показывает пример теплопередачи.

(а) Здесь безалкогольный напиток имеет более высокую температуру, чем лед, поэтому они не находятся в тепловом равновесии. (b) Когда безалкогольному напитку и льду дают возможность взаимодействовать, тепло передается от напитка ко льду из-за разницы температур до тех пор, пока они не достигнут одной и той же температуры, что обеспечивает равновесие. Фактически, поскольку безалкогольный напиток и лед находятся в контакте с окружающим воздухом и скамейкой, конечная равновесная температура будет такой же, как и температура окружающей среды.

Значение слова «тепло» в физике отличается от его обычного значения.Например, в разговоре мы можем сказать «жара была невыносимой», но в физике мы бы сказали, что температура была высокой. Тепло — это форма потока энергии, а температура — нет. Между прочим, люди чувствительны к тепловому потоку , а не к температуре.

Поскольку теплота является формой энергии, ее единицей в системе СИ является джоуль (Дж). Другой распространенной единицей энергии, часто используемой для обозначения тепла, является калория (кал), определяемая как энергия, необходимая для изменения температуры 1,00 г воды на — в частности, между и , поскольку существует небольшая зависимость от температуры.Также широко используется килокалория (ккал), которая представляет собой энергию, необходимую для изменения температуры 1,00 кг воды на . Поскольку массу чаще всего указывают в килограммах, удобно использовать килокалории. Как ни странно, пищевые калории (иногда называемые «большими калориями», сокращенно Cal) на самом деле являются килокалориями, и этот факт нелегко определить по маркировке на упаковке.

Механический эквивалент тепла

Также можно изменить температуру вещества, совершая работу, которая передает энергию в систему или из нее.Это осознание помогло установить, что тепло является формой энергии. Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) провел множество экспериментов, чтобы установить механический эквивалент тепла — работу, необходимую для получения тех же эффектов, что и передача тепла . В единицах, используемых для этих двух величин, значение этой эквивалентности равно

.

Мы считаем, что это уравнение представляет преобразование между двумя единицами энергии. (Другие числа, которые вы можете увидеть, относятся к калориям, определенным для температурных диапазонов, отличных от .)

(рисунок) показывает одну из самых известных экспериментальных установок Джоуля для демонстрации того, что работа и тепло могут производить одинаковые эффекты, и для измерения механического эквивалента тепла. Это помогло установить принцип сохранения энергии. Гравитационная потенциальная энергия ( U ) была преобразована в кинетическую энергию ( K ), а затем рандомизирована за счет вязкости и турбулентности в увеличенную среднюю кинетическую энергию атомов и молекул в системе, что привело к повышению температуры.Вклад Джоуля в термодинамику был настолько значителен, что его именем была названа единица измерения энергии в системе СИ.

Опыт Джоуля установил эквивалентность теплоты и работы. Когда массы спускались, они заставляли весла работать над водой. Результатом было повышение температуры, измеренное термометром. Джоуль нашел, что Вт пропорционально , и таким образом определил механический эквивалент тепла.

Увеличение внутренней энергии за счет теплопередачи дает тот же результат, что и увеличение ее за счет совершения работы.Поэтому, хотя система имеет вполне определенную внутреннюю энергию, мы не можем сказать, что она имеет определенное «теплосодержание» или «содержание работы». Четко определенная величина, которая зависит только от текущего состояния системы, а не от истории этой системы, известна как переменная состояния . Температура и внутренняя энергия являются переменными состояния. Подводя итог этому абзацу, теплота и работа не являются переменными состояния .

Между прочим, увеличение внутренней энергии системы не обязательно приводит к увеличению ее температуры.Как мы увидим в следующем разделе, температура не меняется при переходе вещества из одной фазы в другую. Примером может служить таяние льда, которое может быть достигнуто за счет добавления тепла или выполнения работы трения, например, когда кубик льда трется о шероховатую поверхность.

Изменение температуры и теплоемкость

Мы уже отмечали, что теплообмен часто вызывает изменение температуры. Эксперименты показывают, что без фазового перехода и без работы, совершаемой системой или системой, переданное тепло обычно прямо пропорционально изменению температуры и массе системы в хорошем приближении.(Ниже мы покажем, как поступать в ситуациях, когда аппроксимация недействительна.) Константа пропорциональности зависит от вещества и его фазы, которая может быть газом, жидкостью или твердым телом. Мы опускаем обсуждение четвертой фазы, плазмы, потому что, хотя это самая распространенная фаза во Вселенной, она редка и недолговечна на Земле.

Мы можем понять экспериментальные факты, заметив, что переданное тепло есть изменение внутренней энергии, которая представляет собой полную энергию молекул.В типичных условиях полная кинетическая энергия молекул представляет собой постоянную долю внутренней энергии (по причинам и с исключениями, которые мы увидим в следующей главе). Средняя кинетическая энергия молекулы пропорциональна абсолютной температуре. Следовательно, изменение внутренней энергии системы обычно пропорционально изменению температуры и количеству молекул N . Математически зависимость от вещества возникает в значительной степени из-за различных масс атомов и молекул.Мы рассматриваем его теплоемкость с точки зрения массы, но, как мы увидим в следующей главе, в некоторых случаях теплоемкости на молекулу одинаковы для разных веществ. Зависимость от вещества и фазы возникает также из-за различий в потенциальной энергии, связанных с взаимодействиями между атомами и молекулами.

Значения удельной теплоемкости, как правило, должны быть измерены, поскольку не существует простого способа их точного расчета. (Рисунок) перечислены репрезентативные значения удельной теплоемкости для различных веществ.Из этой таблицы мы видим, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, и в 10 раз больше, чем у железа, значит, для повышения температуры воды на заданную величину требуется в пять раз больше теплоты, чем для стекла, и в 10 раз столько же, сколько и для железа. На самом деле вода имеет одну из самых больших удельных теплоемкостей среди всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

Удельная теплоемкость газов зависит от того, что поддерживается постоянным во время нагревания — обычно либо объем, либо давление.В таблице первая удельная теплоемкость каждого газа измерена при постоянном объеме, а вторая (в скобках) измерена при постоянном давлении. Мы вернемся к этой теме в главе о кинетической теории газов.

В общем случае удельная теплоемкость также зависит от температуры. Таким образом, точное определение c для вещества должно быть дано в терминах бесконечно малого изменения температуры. Для этого заметим, что и заменим на d :

За исключением газов, зависимость удельной теплоемкости большинства веществ от температуры и объема при нормальных температурах слабая.Поэтому, как правило, удельные теплоемкости будем считать постоянными при значениях, приведенных в таблице.

(рисунок) иллюстрирует повышение температуры, вызванное выполнением работы. (Результат такой же, как если бы такое же количество энергии было добавлено с помощью паяльной лампы, а не механически.)

Расчет повышения температуры на основе работы, проделанной над веществом Тормоза грузовика, используемые для контроля скорости при спуске, выполняют работу, преобразовывая потенциальную энергию гравитации в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала ((Рисунок)).Это преобразование предотвращает преобразование потенциальной энергии гравитации в кинетическую энергию грузовика. Поскольку масса грузовика намного больше, чем масса тормозного материала, поглощающего энергию, повышение температуры может происходить слишком быстро для передачи достаточного количества тепла от тормозов в окружающую среду; другими словами, тормоза могут перегреться.

Дымящиеся тормоза тормозящего грузовика являются видимым свидетельством механического эквивалента тепла.

Рассчитайте повышение температуры 10 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью, если материал сохраняет 10 % энергии спускающегося 10000-килограммового грузовика 75.0 м (при вертикальном перемещении) с постоянной скоростью.

Стратегия Мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию ( Mgh ), которую теряет весь грузовик при спуске, приравниваем ее к увеличению внутренней энергии тормозов, а затем находим повышение температуры, возникающее только в тормозном материале.

Решение. Сначала вычислим изменение потенциальной энергии гравитации при движении грузовика под уклон:

Поскольку кинетическая энергия грузовика не меняется, закон сохранения энергии говорит нам о том, что потерянная потенциальная энергия рассеивается, и мы предполагаем, что 10% ее передается внутренней энергии тормозов, поэтому возьмем .Затем мы вычисляем изменение температуры от переданного тепла, используя

, где м — масса тормозного материала. Вставьте данные значения, чтобы найти

Значение Если бы грузовик некоторое время находился в движении, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше температуры окружающей среды. Повышение температуры при спуске, вероятно, очень сильно повысит температуру тормозного материала, поэтому этот метод нецелесообразен.Вместо этого грузовик будет использовать технику торможения двигателем. Другая идея лежит в основе новейших технологий гибридных и электрических автомобилей, в которых механическая энергия (кинетическая и гравитационная потенциальная энергия) преобразуется тормозами в электрическую энергию в аккумуляторе. Этот процесс называется рекуперативным торможением.

В обычной задаче объекты с разной температурой соприкасаются друг с другом, но изолированы от всего остального, и им позволяют прийти в равновесие.Контейнер, который предотвращает передачу тепла внутрь или наружу, называется калориметром, а использование калориметра для проведения измерений (обычно теплоты или удельной теплоемкости) называется калориметрией.

Мы будем использовать термин «задача калориметрии» для обозначения любой задачи, в которой рассматриваемые объекты термически изолированы от своего окружения. Важной идеей при решении задач калориметрии является то, что при теплообмене между объектами, изолированными от их окружения, тепло, получаемое более холодным объектом, должно равняться теплу, теряемому более горячим объектом, из-за сохранения энергии:

Мы выражаем эту идею, написав, что сумма теплот равна нулю, потому что полученное тепло обычно считается положительным; потерянное тепло, отрицательный.

Расчет конечной температуры в калориметрии Предположим, вы наливаете 0,250 кг воды (около чашки) в 0,500-килограммовую алюминиевую кастрюлю, снятую с плиты, с температурой . Предположим, что теплопередача не происходит ни к чему другому: кастрюля помещается на изолированную подушку, а теплопередачей к воздуху пренебрегают в течение короткого времени, необходимого для достижения равновесия. Таким образом, это проблема калориметрии, хотя изолирующий контейнер не указан. Предположим также, что выкипает незначительное количество воды.При какой температуре вода и кастрюля достигают теплового равновесия?

Стратегия Изначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода. Теплопередача восстанавливает тепловое равновесие, когда вода и кастрюля соприкасаются; он останавливается, как только достигается тепловое равновесие между кастрюлей и водой. Тепло, потерянное кастрюлей, равно теплу, полученному водой — это основной принцип калориметрии.

Решение

  1. Используйте уравнение теплопередачи, чтобы выразить потери тепла алюминиевой кастрюлей через массу кастрюли, удельную теплоемкость алюминия, начальную температуру кастрюли и конечную температуру:
  2. Выразите теплоту, полученную водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру:
  3. Обратите внимание, что и и, как указано выше, в сумме должны равняться нулю:
  4. Перенесите все термины с участием в левую часть, а все остальные термины в правую.Решение для


    и введите числовые значения:

Значение Почему конечная температура гораздо ближе к , чем к ? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и, следовательно, претерпевает меньшее изменение температуры при заданной теплопередаче. Большому водоему, такому как озеро, требуется большое количество тепла, чтобы заметно повысить его температуру. Это объясняет, почему температура озера остается относительно постоянной в течение дня даже при больших изменениях температуры воздуха.Однако температура воды меняется в течение более длительного времени (например, с лета на зиму).

Проверьте свое понимание Если для повышения температуры породы необходимо 25 кДж, из какого количества тепла необходимо нагреть породу?

В хорошем приближении теплопередача зависит только от разницы температур. Так как разность температур одинакова в обоих случаях, то и во втором случае необходимы одни и те же 25 кДж. (Как мы увидим в следующем разделе, ответ был бы другим, если бы объект был сделан из некоторого вещества, которое меняет фазу где-то между и .)

Теплоемкость, зависящая от температуры При низких температурах удельная теплоемкость твердых тел обычно пропорциональна . Первое понимание этого поведения было связано с голландским физиком Петером Дебаем, который в 1912 году рассматривал атомные колебания с помощью квантовой теории, которую Макс Планк недавно использовал для излучения. Например, хорошее приближение для удельной теплоемкости соли NaCl: Константа 321 К называется температурой Дебая NaCl, и формула хорошо работает, когда Используя эту формулу, сколько тепла требуется для повышения температуры 24.0 г NaCl от 5 К до 15 К?

Решение Поскольку теплоемкость зависит от температуры, нам нужно использовать уравнение

Мы решаем это уравнение для Q , интегрируя обе части:

Затем подставляем данные значения и вычисляем интеграл:

Значение Если бы мы использовали уравнение и удельную теплоемкость соли при комнатной температуре, мы получили бы совсем другое значение.

Пример уравнения теплопроводности — задача с решением

Теплопроводность в большой плоской стенке

Пример уравнения теплопроводности — задача с решением

Рассмотрим плоскую стенку толщиной 2L, в которой происходит равномерное и постоянное тепловыделение на единицу объема, q В [Вт/м 3 ] .Центральная плоскость принимается за начало координат x, а плита простирается до + L справа и до – L слева. Для постоянной теплопроводности k соответствующая форма уравнения теплопроводности:

Общее решение этого уравнения:

, где C 1 и C 2 — константы интегрирования.

1)

Рассчитайте распределение температуры T(x) через эту толстую плоскую стенку, если:

  • температуры на обеих поверхностях равны 15.0°C
  • толщина этой стенки 2L = 10 мм.
  • проводимость материала k = 2,8 Вт/мК (соответствует диоксиду урана при 1000°C) , поверхности выдерживают при заданных температурах T с,1 и T с,2 . Это соответствует граничному условию Дирихле. Кроме того, эта задача термически симметрична, и поэтому мы можем использовать также граничное условие тепловой симметрии.Константы могут быть вычислены с помощью подстановки в общее решение и имеют вид:

    Результирующее распределение температуры и температура на центральной линии (x = 0) (максимальная) в этой плоской стенке при этих конкретных граничных условиях будут:

    Тепловой поток в любой точке стены, q x [Wm -2 ], можно, конечно, определить, используя распределение температуры и закон Фурье . Обратите внимание, что с выделением тепла тепловой поток больше не зависит от x, поэтому:

    Пример уравнения тепловыделения – задача с решением

    Теплопроводность в топливном стержне

    топливо в виде двуокиси урана .Диоксид урана представляет собой полупроводниковое твердое вещество черного цвета с очень низкой теплопроводностью. С другой стороны, диоксид урана имеет очень высокую температуру плавления и хорошо известное поведение. UO 2 прессуют в цилиндрические таблетки , которые затем спекают в твердое тело.

    Эти цилиндрических таблеток затем загружаются и герметизируются внутри топливного стержня (или топливной шашки), который изготовлен из сплавов циркония из-за его очень низкого поперечного сечения поглощения (в отличие от нержавеющей стали).Поверхность трубы, которая покрывает таблетки, называется оболочкой твэла .

    См. также: Теплопроводность диоксида урана

    Тепловое и механическое поведение топливных таблеток  и топливных стержней составляют одну из трех ключевых дисциплин проектирования активной зоны. Ядерное топливо эксплуатируется в очень неблагоприятных условиях (тепловых, радиационных, механических) и должно выдерживать условия эксплуатации, превышающие нормальные. Например, температура в центре топливных таблеток достигает более 1000°C (1832°F), что сопровождается выбросами продуктов деления.Поэтому детальное знание распределения температуры внутри одного твэла необходимо для безопасной эксплуатации ядерного топлива. В этом разделе мы изучим уравнение теплопроводности в цилиндрических координатах , используя граничное условие Дирихле с заданной температурой поверхности (т. е. используя граничное условие Дирихле). Комплексный анализ профиля температуры твэлов будет рассмотрен в отдельном разделе.

    Температура в центре топливной таблетки

    Рассмотрим топливную таблетку радиусом r U = 0.40 см , в котором происходит равномерное и постоянное выделение тепла на единицу объема, q V [Вт/м 3 ] . Вместо объемного тепловыделения q V [Вт/м 3 ] инженеры часто используют линейное тепловыделение , q L [Вт/м] , которое представляет собой тепловыделение одного метра топливного стержня. линейный расход тепла можно рассчитать из объемного расхода тепла по формуле:

    Осевая линия принимается за начало координат r.Благодаря симметрии в направлении z и в азимутальном направлении мы можем разделить переменные и упростить эту задачу до одномерной задачи . Таким образом, мы найдем температуру как функцию радиуса, только T(r) . Для постоянной теплопроводности k соответствующая форма цилиндрического уравнения теплопроводности имеет вид:

    Общее решение этого уравнения: интеграция.

    Рассчитайте распределение температуры T(r) в этой топливной таблетке, если:

    • температура на поверхности топливной таблетки составляет T U = 420°C
    • радиус топливной таблетки r U = 4 мм .
    • усредненная проводимость материала k = 2,8 Вт/мК (соответствует диоксиду урана при 1000°C)
    • линейная скорость нагрева q L = 300 Вт/см и, следовательно, объемная скорость тепла равна q V = 597 x 10 6 Вт/м 3

    В этом случае поверхность поддерживается при заданных температурах T U .Это соответствует граничному условию Дирихле. Кроме того, эта задача термически симметрична, и поэтому мы можем использовать также граничное условие тепловой симметрии. Константы могут быть оценены с помощью подстановки в общее решение и имеют вид:

    Результирующее распределение температуры и температура на центральной линии (r = 0) (максимальная) в этой цилиндрической топливной таблетке при этих конкретных граничных условиях будут:

    радиальный тепловой поток на любом радиусе, q r [Вт.m -1 ], в цилиндре можно, конечно, определить по распределению температуры и по закону Фурье. Заметим, что при тепловыделении тепловой поток уже не зависит от r.

    На следующем рисунке показано распределение температуры в топливной таблетке при различных уровнях мощности.

    ______

    Температура в работающем реакторе меняется от точки к точке в системе. Как следствие, всегда есть один твэл и один локальный объем , которые на горячее всех остальных.Чтобы ограничить эти горячих точек , необходимо ввести пределов пиковой мощности . Предельные значения пиковой мощности связаны с кризисом кипения и с условиями, которые могут вызвать расплавление топливных таблеток. Однако металлургические соображения налагают верхние пределы на температуру оболочки твэла и топливной таблетки. Выше этих температур существует опасность повреждения топлива. Одной из основных задач при проектировании ядерных реакторов является обеспечение отвода тепла, выделяемого при желаемом уровне мощности, при обеспечении того, чтобы максимальная температура топлива и максимальная температура оболочки всегда были ниже этих заданных значений.

    Распределение температуры в оболочке твэла

    Оболочка — это внешний слой твэлов, стоящий между теплоносителем реактора и ядерным топливом (то есть топливными таблетками ). Он изготовлен из коррозионно-стойкого материала с низким поперечным сечением поглощения тепловых нейтронов, обычно циркониевого сплава . Оболочка  предотвращает попадание радиоактивных продуктов деления из топливной матрицы в теплоноситель реактора и его загрязнение.Обшивка представляет собой один из барьеров в подходе « эшелонированная защита ».

    Рассмотрим оболочку твэла с внутренним радиусом r Zr,2  = 0,408 см и внешним радиусом r Zr,1  = 0,465 см . По сравнению с топливной таблеткой тепловыделение в оболочке твэла практически отсутствует (оболочка немного нагревается излучением). Все тепло, выделяемое топливом, должно передаваться через теплопроводность  через оболочку, поэтому внутренняя поверхность горячее внешней.

    Чтобы найти распределение температуры через оболочку, мы должны решить уравнение теплопроводности . Благодаря симметрии в направлении z и в азимутальном направлении мы можем разделить переменные и упростить эту задачу до одномерной. Таким образом, мы будем решать только температуру как функцию радиуса T(r). В этом примере мы будем предполагать, что тепловыделение в оболочке строго отсутствует. Для постоянной теплопроводности k соответствующая форма цилиндрического уравнения теплопроводности:

    Общее решение этого уравнения:

    , где C 1  и C 2  являются константами интегрирования.

    1)

    Рассчитайте распределение температуры T(r) в этой оболочке твэла, если:

    • температура на внутренней поверхности оболочки T теплоносителя реактора по этой осевой координате T объемная  = 300°C
    • коэффициент теплоотдачи (конвекция; турбулентное течение) h = 41 кВт/м 2 .K.
    • усредненная теплопроводность материала k = 18 Вт/мК
    • линейная тепловая мощность топлива q L  = 300 Вт/см и, следовательно, объемная тепловая мощность равна q V  = 597 x 10 6 Вт/м 3

    Из основного соотношения для теплопередачи конвекцией мы можем рассчитать наружную поверхность оболочки как: ,1  и T Zr,2 .Это соответствует граничному условию Дирихле. Константы могут быть вычислены с помощью подстановки в общее решение и имеют вид:

    Решая для C 1  и C 2  и подставляя в общее решение, мы получаем:

    ∈ – поверхность оболочки – теплоноситель

    Детальное знание геометрии, наружного радиуса оболочки, линейной теплоотдачи, коэффициента конвективной теплопередачи и температуры теплоносителя определяет ∆T между теплоносителем (T объем ) и поверхностью оболочки (T Zr,1 ).Поэтому мы можем рассчитать температуру поверхности оболочки (T Zr,1 ), просто используя Закон Ньютона :

    ∆T в оболочке твэла

    Подробное знание геометрии, внешнего и внутреннего радиуса оболочки, линейного радиуса оболочки теплоотдача, а температура поверхности оболочки (T Zr,1 ) определяет ∆T между наружной и внутренней поверхностями оболочки. Следовательно, мы можем рассчитать температуру внутренней поверхности оболочки (T Zr,2 ), просто используя закон Фурье :

     

    .Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.

  • Тепло- и массообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
  • Основы тепломассообмена. CP Котандараман. New Age International, 2006 г., ISBN: 9788122417722.
  • Министерство энергетики США, термодинамика, теплопередача и поток жидкости. Справочник по основам Министерства энергетики, том 2 из 3. Май 2016 г.
  • Ядерная и реакторная физика:

    1. J.Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Аддисон-Уэсли, Рединг, Массачусетс (1983).
    2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
    3. В. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
    4. Гласстоун, Сесонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
    5. WSC. Уильямс.Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
    6. Г.Р.Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965 г.
    7. Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерного реактора, 1988 г.
    8. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г.
    9. Пол Ройсс, нейтронная физика. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

    Advanced Reactor Physics:

    1. K.О. Отт, В. А. Безелла, Введение в статистику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, исправленное издание (1989 г.), 1989 г., ISBN: 0-894-48033-2.
    2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
    3. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
    4. Э. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

    Теория теплообменника и расчетное уравнение теплообменника

    Введение

    Расчетное уравнение теплообменника можно использовать для расчета требуемой площади поверхности теплопередачи для различных жидкостей, температур на входе и выходе, а также типов и конфигураций тепла. теплообменники, в том числе противоточные или прямоточные. Необходимо значение общего коэффициента теплопередачи для данного теплообменника, жидкостей и температур. Расчеты теплообменника могут быть выполнены для требуемой площади теплопередачи или скорости теплопередачи для теплообменника заданной площади.

    Расчетное уравнение теплообменника

    Теория теплообменника приводит к основному уравнению расчета теплообменника: Q = UA ΔTlm, где

    Q — скорость теплообмена между двумя жидкостями в теплообменнике в бат/час,

    U — общий коэффициент теплопередачи в БТЕ/ч-фут2-oF,

    A — площадь поверхности теплопередачи в футах2,

    и ΔTlm — среднелогарифмическая разность температур в oF, рассчитанная по температуре на входе и выходе из обе жидкости.

    При расчете теплообменников основное расчетное уравнение теплообменника можно использовать для расчета требуемой площади теплообменника при известных или расчетных значениях трех других параметров, Q, U и ΔTlm. Теперь мы кратко обсудим каждый из этих параметров.

    Средняя логарифмическая разница температур

    Движущей силой любого процесса теплопередачи является разница температур. Для теплообменников задействованы две жидкости, причем температуры обеих меняются при прохождении через теплообменник, поэтому необходим некоторый тип

    средней разности температур.Во многих учебниках по теплопередаче есть вывод, показывающий, что среднелогарифмическая разность температур является правильной средней температурой для использования в расчетах теплообменника. Эта логарифмическая средняя температура определяется с точки зрения разницы температур, как показано в уравнении справа. THin и THout — температуры на входе и выходе горячей жидкости, а TCin и TCout — температуры на входе и выходе холодной жидкости. Эти четыре температуры показаны на диаграмме слева для прямотрубного двухходового кожухотрубного теплообменника с холодной жидкостью в качестве межтрубной жидкости и горячей жидкостью в качестве межтрубной жидкости.

    Скорость теплопередачи, Q

    Для расчетов теплообменника с расчетным уравнением теплообменника требуется значение скорости теплопередачи, Q, которое можно рассчитать на основе известного расхода одной из жидкостей, ее теплоемкости и требуемое изменение температуры. Используемое уравнение:

    Q = мН CpH (THin — THout) = mC CpC (TCout — TCin), где

    mH = массовый расход горячей жидкости, порции/ч,

    CpH = теплоемкость горячей жидкости, Btu/slug-oF

    mC = массовый расход холодной жидкости, порций/час,

    CpC = теплоемкость холодной жидкости, Btu/slug-oF,

    и температуры определены в предыдущем разделе.

    Требуемая скорость теплопередачи может быть определена по известному расходу, теплоемкости и изменению температуры горячей или холодной жидкости. Затем можно рассчитать либо расход другой жидкости при заданном изменении температуры, либо температуру на выходе при известных расходе и температуре на входе.

    Общий коэффициент теплопередачи, U

    Общий коэффициент теплопередачи, U, зависит от проводимости через стенку теплопередачи, разделяющую две жидкости, и

    коэффициентов конвекции по обеим сторонам стенки теплопередачи.Например, для кожухотрубного теплообменника будет существовать коэффициент внутренней конвекции для жидкости со стороны труб и коэффициент внешней конвекции для жидкости со стороны кожуха. Коэффициент теплопередачи для данного теплообменника часто определяется эмпирически путем измерения всех других параметров в основном уравнении теплообменника и расчета U. Типичные диапазоны значений U для различных комбинаций теплообменник/жидкость доступны в учебниках, руководствах и на веб-сайтах. сайты. Выборка приведена в таблице справа для кожухотрубных теплообменников:

    Резюме

    Предварительный расчет теплообменника для оценки требуемой площади поверхности теплообменника может быть выполнен с использованием основного уравнения теплообменника Q = UA ΔTlm, если значения известны или могут быть оценены для Q, U и ΔTlm.Теория теплообменников говорит нам, что ΔTlm – это правильная средняя разность температур.

    Пример расчета предварительной конструкции теплообменника см. в статье «Пример предварительной конструкции теплообменника».

    Шаблоны электронных таблиц Excel, которые можно загрузить для выполнения предварительных расчетов конструкции теплообменника, см. в статье: «Шаблоны электронных таблиц Excel для предварительного проектирования теплообменника».

    Ссылки и изображения

    Ссылки для получения дополнительной информации:

    1.Бенгтсон, Х., Основы теплообменников, онлайновый курс повышения квалификации для кредита PDH

    2002.

    3. Куппан, Т., Справочник по проектированию теплообменников , CRC Press, 2000. steamboilers.com/en/shell_tube_heat_ex.asp

    Этот пост является частью серии: Проект теплообменника

    Проект теплообменника включает оценку площади теплопередачи, необходимой для известной или расчетной скорости теплопередачи, общего коэффициента теплопередачи и логарифмического среднего разница температур.Также необходимо определить диаметр и длину трубы или трубы, а также перепад давления.

    1. Основы теории и конструкции теплообменника
    2. Пример предварительной конструкции теплообменника
    3. Предварительная конструкция теплообменника — расчеты
    4. Формулы Excel для расчета перепада давления в конструкции кожухотрубного теплообменника
    5. Расчет общего коэффициента теплопередачи E

    Что такое Пример – Расчет теплообменника

    Пример – Задача с решением.Расчет теплообменника. Рассмотрим прямоточный теплообменник. Рассчитайте среднюю логарифмическую разность температур и определите площадь. Теплотехника

    Пример: расчет теплообменника

    Рассмотрим прямоточный теплообменник , который используется для охлаждения масла с 70°C до 40°C с использованием воды, имеющейся при температуре 30°C. Температура воды на выходе 36°С. Скорость потока масла 1 кг/с. Удельная теплоемкость масла 2,2 кДж/кг К. Общий коэффициент теплопередачи U = 200 Вт/м 2 К .

    Вычислить среднюю логарифмическую разность температур . Определить площадь этого теплообменника, необходимую для данной производительности.

    1. LMTD

    Среднелогарифмическую разницу температур можно рассчитать, просто используя ее определение:

    1. Площадь теплообменника скорость с использованием массового расхода нефти и LMTD.

      Требуемая площадь этого теплообменника может быть рассчитана непосредственно с помощью общего уравнения теплопередачи:

       

      Пример — проблема с решением. Расчет теплообменника

       

      Ссылки:

      Теплопередача:
      1. Основы тепломассообмена, 7-е издание. Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.
      2. Тепломассообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
      3. Министерство энергетики США, термодинамики, теплопередачи и потока жидкости. Справочник по основам Министерства энергетики, том 2 из 3, май 2016 г.

      Ядерная и реакторная физика:

      1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Аддисон-Уэсли, Рединг, Массачусетс (1983).
      2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
      3. В. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
      4. Гласстоун, Сесонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
      5. WSC Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
      6. Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965 г.
      7. Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерного реактора, 1988 г.
      8. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г.
      9. Пол Ройсс, Нейтронная физика. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

      Advanced Reactor Physics:

      1. К. О. Отт, В. А. Безелла, Введение в статистику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, исправленное издание (1989 г.), 1989 г., ISBN: 0-894-48033-2.
      2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
      3. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
      4. Э. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

      Мы надеемся, что эта статья Пример – Расчет теплообменника поможет вам. Если это так, дайте нам лайк на боковой панели. Основная цель этого веб-сайта — помочь общественности узнать интересную и важную информацию о теплотехнике.

      Коэффициент теплопередачи излучением — обзор

      Оцените температуру воздуха на выходе и эффективность коллектора, показанного на рис. 3.33, для следующих характеристик коллектора:

      Ширина коллектора, Вт  = 1,2 м.

      Длина коллектора, L  = 4 м.

      Глубина воздушного канала, s  = 15 мм.

      Общее солнечное излучение, г T = 890 Вт / м 2

      9

      9099

      Температура окружающей среды, T A = 15 ° C = 288 К.

      Действующий ( τα ) = 0,90.

      Коэффициент потерь тепла, U L = 6,5 Вт / м 2 К.

      К.

      Удаление абсорбера, ε P = 0,92.

      Коэффициент излучения задней пластины, ε b  = 0,92.

      Массовый расход воздуха = 0,06 кг/с.

      Температура воздуха на входе, T i  = 50 °C = 323 K.

      Решение

      Здесь нам нужно начать с принятия значений для T p и T b . Для экономии времени выбираются правильные значения, но в реальной ситуации решение необходимо искать путем итерации. Принятые значения: T p = 357 K и T b  = 316,2 K. Из этих двух температур можно определить среднюю температуру воздуха по формуле:

      4(Tm,air)3=(Tp +Tb)(Tp2+Tb2)

      , из которых

      Tm,air=(Tp+Tb)(Tp2+Tb2)43=(357+316.2)(3572+316,22)43=337K

      Коэффициент теплопередачи излучением от поглотителя к подложке определяется выражением:

      hr,p–g2=σ(Tp+Tb)(Tp2+Tb2)(1/ εp)+(1/εb)−1=(5,67×10−8)(357+316,2)(3572+316,22)(1/0,92)+(1/0,92)−1=7,395 Вт/м2K

      Из T м, воздух , из приложения 5 можно получить следующие свойства воздуха: механики гидравлический диаметр воздушного канала определяется по формуле:

      D=4(Площадь поперечного сечения потока, смоченный периметр)=4(Ws2W)=2s=2×0.015=0,03

      Число Рейнольдса определяется по формуле: применяется следующее уравнение: Nu = 0,0158(Re) 0,8 . Поскольку Nu = ( ч c D )/ k , коэффициент конвективной теплопередачи определяется как:

      hc,p–a=hc,b–a=(kD)0,0158(Re)0,8 =(0,0290,03)0,0158(4875,7)0,8=13,626 Вт/м2К

      Из уравнения (3.76),

      h=hc,p–a+1(1/hc,b–a)+(1/час,p–b)=13.626+1(1/13,626)+(1/7,395)=18,4 Вт/м2К

      Из уравнения (3.79),

      F′=hh+UL=18,418,4+6,5=0,739

      Поглощенное солнечное излучение: (3.81),

      To=Ti+1UL[S-UL(Ti-Ta)][1-exp(-AcULF′m˙cp)]=323+(16,5)[801−6,5(323−288)] [1−exp(−(1,2×4)×6,5×0,7390,06×1007)]=351K

      Следовательно, средняя температура воздуха равна ½(351+323)=337K, что совпадает с принятым значением до. Если есть разница в двух средних значениях, требуется повторение.Для такого рода задач требуется всего одна итерация, чтобы найти правильное решение с использованием предполагаемых значений, которые дают новую среднюю температуру.

      Из уравнения. (3.58),

      FR=m˙cpAcUL{1-exp[-ULF’Acm˙cp]}=0,06×1008(1,2×4)×6,5{1-exp[-6,5×0,739×(1,2×4) 0,06×1008]}=0,614

      Из уравнения (3.83),

      Qu=AcFR[S-UL(Ti-Ta)]=(1,2×4)×0,614[801−6,5(323−288)]=1690 Вт

      Наконец, эффективность коллектора равна:

      η=QuAcGt=1690(1,2×4)×890=0,396

      Наконец, требуется еще одна проверка: верны ли два значения T p и T b .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *