Сп теплотехнический расчет: Теплотехнический расчет онлайн

Содержание

Теплотехнический калькулятор | Saint Gobain

Покрытие Стена Перекрытие

Выберите тип конструкции

Плоская кровля (железобетон)

Плоская кровля (профлист)

Скатная кровля

Штукатурный фасад

Навесной вентилируемый фасад

Над холодным подвалом, сообщающимся с наружным воздухом

Над неотапливаемым подвалом со световыми проёмами в стенах

Над неотапливаемым подвалом без световых проёмах в стенах, расположенное выше уровня земли

Над неотапливаемым подвалом без световых проёмах в стенах, расположенное ниже уровня земли

Над холодными подпольями без ограждающих стенок

Над холодными подпольями c ограждающими стенками

Шаг №2 — Климат

Расчетная температура наружного воздуха (t_ext):

(обеспеченностью 0,92, СП 131.13330.2012 т.3.1)

Расчетная средняя температура отопительного периода (t_ht):

(со среднесуточной t ≤ 8 °C, СП 131.13330.2012 т.3.1)

Продолжительность отопительного периода (z_ht):

(со среднесуточной t ≤ 8 °C, СП 131.13330.2012 т.3.1)

Зона влажности:

нормальная

Шаг №1 — Тип конструкции Шаг №3 — Тип помещения

Температура пребывания (t_int):

(по ГОСТ 30494-2011)

Относительная влажность воздуха, не более (ф):

(по ГОСТ 30494-2011, СП 131.13330.2012 т.3.1)

Коэффициент однородности конструкции (r):

(по ГОСТ Р 54851-2011)

Наличие в конструкции рёбер с соотношением высоты
ребра к шагу h/a ≥ 0.3

ДаНет

Коэффициент a:

(СП 50.13330.2012, т.3)

Коэффициент b:

(СП 50.13330.2012, т.3)

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности (α_int):

(по СП 50.13330.2012, т.4)

Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции:

(по СП 50.13330.2012, т.5)

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности (α_ext):

(по СП 50.13330.2012, т.6)

Влажностный режим помещения:

(СП 50.13330.2012 т.1)

Условия эксплуатации ограждающих конструкций:

(СП 50.13330.2012 т.2)

Шаг №2 — Климат Шаг №4 — Структура

Недавно вы изменили тип конструкции. Хотите ли вы загрузить типовой пример для него?

Да Нет

Добавить слой

Шаг №3 — Тип помещения Шаг №5 — Результаты расчёта

{{if funcLabel}} ${funcLabel.toUpperCase()} {{/if}}

Вернуться к началу Подробный отчёт Сохранить в PDF

${isolator.label}
{{if $data.calc.SigmaUT По результатам расчёта, необходимости в утеплителе нет.

δ_ут = ${calc[«SigmaUT»]} мм

Конструкция удовлетворяет требованию по тепловой защите.

Конструкция удовлетворяет санитарно-гигиеническому требованию.

Конструкция не удовлетворяет санитарно-гигиеническому требованию.

${calc.hydro.verdict}.

Расчёт не удалось произвести.

Расчет сопротивления теплопроводности стены для Новосибирска

Расчет произведен в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:
СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»
СП 131-13330-2012 «Строительная климатология»

1. Исходные данные:
Район строительства: Новосибирск
Тип здания или помещения: Жилое
Вид ограждающей конструкции: Наружные стены

2. Климатические параметры
Значение расчетной температуры внутреннего воздуха t_int для жилых помещений определено в соответствии с ГОСТ 30494–2011:

t_int=21⁰С

Значение расчетной температуры наружного воздуха t

ext принято по СП 131-13330-2012 (Таблица 3.1), равной значению средней температуры наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92:

t_ext= -37⁰С

Продолжительность отопительного периода Z_ht определена по СП 131-13330-2012 (Таблица 2):

Z_ht=221⁰сут

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период t_ext^av принята по СП 131-13330-2012 (Таблица 3.1):

t_ext^av = -8,1⁰С

Градусо–сутки отопительного периода D_d определены по СНиП 23-02-2003 (Формула 2):

D_d = (t_int— t_ext^av) х Z_ht = (21+8,1) х 221= 6431 ⁰С сут

3. Нормируемые теплоэнергетические параметры
Согласно п.5.3 СНиП 23-02-2003 нормируемое сопротивление теплопередаче определяется по формуле R=a•D

d+b (Таблица 4. (1)) и равно при расчетных условиях:

R_w^reg = 0,00035 х 6431 + 1,4 = 3,65 м²⁰С/Вт

где коэффициенты a и b для наружных стен жилых зданий принимаются из Таблицы 4 СНиП 23-02-2003

4. Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции
Приведенное сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций рассчитывается по формуле:

R_w^r = (1/8,7 + δ₁/ λ_a1 + δ₂/ λ_a2 + δ₃/ λ_a3 + … + 1/23) x r,

где
δ₁… — толщина ограждающего слоя №1… в метрах;
λ_a1 – расчетный коэффициент теплопроводности материала №1… в условиях эксплуатации А;
r – коэффициент теплотехнической однородности в растворных швах. Определяется по таблице… или рассчитывается на основе данных толщины растворного шва, применяемого раствора, используемой арматуры;

Для сравнения свойств теплопроводности самого материала условимся, что растворного шва не существует и поэтому коэффициент теплотехнической однородности будет равен:

r = 1

Важно! В расчетах необходимо использовать расчетный коэф. теплопроводности в условиях «А». Эти условия учитывают тепло-влажностные процессы во время проживания. Некоторые производители лукавят, когда производят подобные расчеты с применением λ_сух . Для высушенного материала λ_сух меньше чем λ_a, следовательно, толщина стены будет подсчитана неверно, так как в естественных условиях стена ни когда не будет сухой и будет обладать своей естественной влажностью.

Пример расчета приведенного сопротивления теплопередачи для наружной стены, выполненной из автоклавного газобетона:

Автоклавный газобетон (p=600кг/м³) ГОСТ 31359-2007 приложение А, коэффициент теплопроводности λ_а=0,160Вт/(м°С), толщина δ=560мм

R_w^r = (1/8,7 + 0,560/0,160 + 1/23) x 1= 3,66 м²⁰С/Вт

Сравниваем с нормируемым значением:

R_w^r = 3,66 м²⁰С/Вт > R_w^reg =3,65 м²⁰С/Вт

Таким образом, минимальная толщина стены для автоклавного газобетона марки по плотности D600 должна быть не меньше 581мм. При этом мы помним, что блоки укладываются на клей с использованием армирующей сетки и следовательно толщина стены будет немного больше, так как в этом случае коэф. теплотехнической однородности r будет меньше 1.

На данном примере определены толщины наружных стен для поризованного блока, неавтоклавного газобетона, пенобетона, арболита и полистиролбетона.

Таблица №1. Толщина наружной стены, рассчитанной по нормам СНиП применительно к Новосибирской области.

Наименование	Газобетон автоклав.	Поризованный блок	Газобетон неавтоклав.	Пенобетон	Арболит	Полистирол бетон
ГОСТ	31359-2007	530-2012	25485-89	25485-89	19222-84	33929-2016
Марка по плотности	D600	—	D600	D600	D600	D450
Марка по прочности	B2,5	М100	B2,0	В2,0	В1,5	В1,5
Морозостойоксть	F100	F50	F50	F75	F50	F200
Плотность, кг/м³	600	800	600	600	600	450
Коэф. теплопроводности:
λ сух., Вт/(м°С)	0,122	0,180	0,140	0,140	0,120	0,105
λa (Нов-кая обл.), Вт/(м°С)	0,160	0,210	0,160	0,160	0,180	0,118
Нормируемое сопротивление теплопередаче для Новосибирской обл., м^{2 0}С/Вт	3,65
Толщина стены, удовлетворяющий требованиям СНиП, мм	560	740	560	560	630	413

Среди представленных образцов, самым теплым материалом для наружной стены оказался полистиролбетон. Если вы решили строить здание 2 — 3 этажа, то блоки из полистиролбетона — разумный выбор с точки зрения сохранения тепла, прочности, водопоглощения, и других характеристик.

Теплотехнический расчёт наружных ограждающих конструкций зданий

1. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ

2. Комплекс мероприятий, обеспечивающих надлежащую тепловую защиту зданий и сооружений, относятся:

оптимальное объемно-планировочное решение
зданий и сооружений при минимальной
площади наружных ограждающих
конструкций;
применение рациональных наружных
ограждающих конструкций с использованием в
них эффективных теплоизоляционных
материалов;
применение современных методов расчета
тепловой защиты зданий и сооружений,
базирующихся на условиях энергосбережения.
Нормативная литература
СП 131.13330.2012 Строительная
климатология
СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий
СП 23-101-2004 Проектирование тепловой
защиты
В связи с особенностями конструктивных решений
наружную стену можно представить как состоящую
из следующих типов элементов:
— плоских элементов – кладка
+утеплитель+отделочный слой;
— линейных (откосы) – перемычка (ригель)
+утеплитель+отделочный слой;
— точечные элементы – связи между слоями
(дюбель).
Теплопотери через линейные и точечные элементы
можно определить только по результатам расчета
температурного поля с применением специальной
компьютерной программы.

5. В курсовой работе выполняется только расчет плоских элементов наружной стены!

Порядок расчета
Выполняется в соответствии с п. 5.2 [ 2 ].
Исходные данные:
1.1. параметры наружного воздуха
tн — температура холодной пятидневки;
tот – температура отопительного периода;
zот – продолжительность отопительного периода;
влажностный режим района строительства
1.2. параметры внутреннего воздуха
tв – температура внутреннего воздуха;
φв – влажность внутреннего воздуха;
влажностный режим помещения
1.3. условия эксплуатации ограждающих
конструкций
1.4. αв , αн коэф. теплоотдачи внутренней и
наружной поверхности о.к.
Определяем нормируемое сопротивление
теплопередаче
Rо норм = Rо тр тр;
Определяем приведенное сопротивление
теплопередаче Rопр с учетом коэффициента
теплотехнической однородности (для наружных
стен с утеплителем принимаемый r = 0,7)
Rопр = Rоусл r;
Расчет ведется из условия равенства Rопр = Rо норм,
следовательно Rоусл = Rо норм / r;
Определяем нормируемые теплотехнические
показатели материалов ограждающей конструкции;
Определяем термическое сопротивление без учета
утеплителя;
Определяем термическое сопротивление
утеплителя;
Определяем толщину утеплителя;
Принимаем толщину утеплителя кратно
номинальным размерам в большую сторону.
Проводим проверку с учетом принятой толщины
утеплителя
Rопр = 1/αв + Rs + 1/αн;
Проводим проверку санитарно-гигиенических
требований по п.5.7[2].

8. Теплотехнический расчет наружной кирпичной стены слоистой конструкции

А. Исходные данные
Место строительства – г. Пермь.
Зона влажности – нормальная [Приложение 2].
Продолжительность отопительного периода zот
= 229 суток [Приложение 1].
Средняя расчетная температура отопительного
периода tот = –5,9 ºС [Приложение 1].
Температура холодной пятидневки tнар = –35 ºС
[1].
Расчет произведен для пятиэтажного жилого
дома:
температура внутреннего воздуха tвн = + 21ºС
[табл.2,стр 8];
влажность воздуха: = 55 %[табл2,стр 8];
влажностный режим помещения –
нормальный[табл14,стр 30].
Условия эксплуатации ограждающих
конструкций – Б [табл. 13,стр 30].
Коэффициент теплоотдачи внутренней
поверхности ограждения ав = 8,7 Вт/м2 С
[табл.8стр 16,2].
Коэффициент теплоотдачи наружной
поверхности ограждения aн = 23 Вт/м2·°С [табл 9
стр 17,2].

11. Рис.3 Расчётная схема

Рис.3
Расчётная схема
Необходимые данные о конструктивных слоях стены
для теплотехнического расчёта сведены в таблицу.

13. Б. Порядок расчета

Определение градусо-суток отопительного
периода по формуле (2) [2]:
ГСОП= (tвн– tот)·zот = (21–(–5,9))·229 = 6160,1.
Нормируемое значение сопротивления
теплопередаче наружных стен по формуле (1)
СНиП 23-02–2003 [2]:
Rтро = aГСОПd + b =0,00035·6160,1 + 1,4 =3,56
м2·°С/Вт.
Приведенное сопротивление теплопередаче
R0r наружных кирпичных стен с эффективным
утеплителем жилых зданий рассчитывается по
формуле
Rопр = Rоусл r;
где R0усл – сопротивление теплопередаче
кирпичных стен, условно определяемое по
формулам (9) и (11) без учета теплопроводных
включений, м2·°С/Вт;
R0пр — приведенное сопротивление
теплопередаче с учетом коэффициента
теплотехнической однородности r, равен 0,74.
Расчёт ведётся из условия равенства
Rопр = Rо норм, следовательно Rоусл = Rо норм / r;
следовательно,
R0усл = 3,56/0,74 = 4,81 м2·°С /Вт
R0усл = Rв + Rk + Rн
,
отсюда
усл.
Rк Rо ( Rв Rн) = 4,81- (1/8,7 + 1/23) = 4,652 м2·°С /Вт
Термическое сопротивление наружной
кирпичной стены слоистой конструкции может
быть представлено как сумма термических
сопротивлений отдельных слоев, т.е.
Rк R1 R2 Rут R4
Определяем термическое сопротивление
утеплителя:
Rут Rk ( R1 R2 R4 )
= 4,652 – ( 0,019 + 0,731 + 0,207 ) = 3,695 м2· С/Вт.

17. Находим толщину утеплителя:

δут=λ·Rут=0,052·3,695 = 0,192 м.
Принимаем толщину утеплителя 200 мм.
Окончательная толщина стены будет равна
δст
=(380+200+120) = 700 мм.

18. Производим проверку с учетом принятой толщины утеплителя:

R0пр =r (Rsi R1 R2 Rут R4 Rse ) 0,74 ( 1/8,7 + 0,019 + 0,731 +
0,2/0,052 + 0,207 + 1/23 ) = 3,67 м2·°С/Вт.
Условие R0пр = 3,67 > = 3,56 м2·°С/Вт выполняется.

19. Конструкции стен:

КОНСТРУКЦИИ СТЕН:
наружное утепление: система тонкослойная
штукатурка aн = 23 Вт/м2·°С
1 – несущая стена
2 – теплоизоляция минвата или
пенопласт
3 – первичный клеевой слой
4 – фасадный дюбель
5 – армирующая сетка
6 – слой штукатурки
7 – декоративная штукатурка

20. Конструкции стен:

КОНСТРУКЦИИ СТЕН:
Наружное утепление: система вентилируемый
фасад aн
= 10,8 Вт/м2·°С

22. Конструкции стен: утепление внутри кладки

24. Теплотехнический расчет чердачного перекрытия

А. Исходные данные
Место строительства – г. Пермь.
Климатический район – I B [1].
Зона влажности – нормальная [1].
Продолжительность отопительного периода zht =
229 сут [1].
Средняя расчетная температура отопительного
периода tht = –5,9 ºС [1].
Температура холодной пятидневки text = –35 ºС [1].
Расчет произведен для пятиэтажного жилого дома:
температура внутреннего воздуха tint = + 21ºС [2];
влажность воздуха = 55 %;
влажностный режим помещения – нормальный.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций –
Б.
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности
ограждения аint = 8,7 Вт/м2· С [2].
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности
ограждения аext = 12 Вт/м2·°С [2].
Расчётная схема

27. Чердачное перекрытие состоит из конструктивных слоев, приведенных в таблице.

28. Б. Порядок расчета

Определение градусо-суток отопительного
периода по формуле (2) СНиП 23-02–2003 [2]:
Dd = (tint – tht)·zht = (21 + 5,9)·229 = 6160,1 ºС·сут.
Нормируемое значение сопротивления
теплопередаче чердачного перекрытия по
формуле (1) СНиП 23-02–2003 [2]:
Rreq = aDd + b = 0,00045·6160,1 + 1,9 = 4,67 м2· С/Вт.
Теплотехнический расчет ведется из условия
равенства общего термического сопротивления
R0 нормируемому Rreq, т.е.
R0 = Rreq.
По формуле (7) СП 23-100–2004 определяем
термическое сопротивление ограждающей
конструкции Rк
Rк Rreq Rsi Rse = 4,67 – (1/8,7 + 1/12) = 4,67 – 0,197
= 4,473 м2·°С/Вт.
Термическое сопротивление ограждающей
конструкции (чердачного перекрытия) может быть
представлено как сумма термических
сопротивлений отдельных слоев, т.е.
Rк Rж.б Rп.и Rут
где Rж.б – термическое сопротивление
железобетонной плиты перекрытия, величина
которого согласно [9] составляет 0,142 м2·°С/Вт для
условий эксплуатации «Б» и 0,147 м2·°С/Вт — условий
эксплуатации «А».
Rп.и – термическое сопротивление слоя
пароизоляции;
Rут – термическое сопротивление утепляющего
слоя.
п.и
Rут Rк Rж.б Rп.и Rк Rж.б
п.и
= 4,473 – (0,142 + 0,005/0,17) = 4,302 м2·°С/Вт.
Используя формулу (6) СП 23-101–2004, определяем
толщину утепляющего слоя
ут Rут ут = 4,302·0,065 = 0,280 м.
Принимаем толщину утепляющего слоя равной 300
мм, тогда фактическое сопротивление
теплопередаче составит
R0ф = 1/8,7 + (0,142 + 0,005/0,17 + 0,300/0,065) + 1/12 = 4,98
м2·°С/Вт.
ф
Условие R0 = 4,98 м2·°С/Вт > Rreq = 4,67 м2·°С/Вт
выполняется.

33. СОСТАВЫ МАНСАРД с теплоизоляцией между стропильными ногами

1.Кровельное покрытие
2.Вентилируемый воздушный
зазор шириной 2-5 см
3.Подкровельная
гидроизоляционная
паропроницаемая мембрана
4.Теплоизоляция URSA GEO
Скатная крыша, уложенная
между стропил
5.Пароизоляционная пленка
6.Внутренняя отделка (листы
гипсокартона или фанеры,
вагонка и т.п.)

34. Скатные крыши с теплоизоляцией, уложенной над стропилами

Скатные крыши с теплоизоляцией,
уложенной над стропилами
1.Кровельное покрытие
2.Вентилируемый воздушный
зазор шириной 2-5 см
3.Подкровельная
гидроизоляционная
паропроницаемая мембрана
4.Теплоизоляция URSA XPS,
уложенная над стропилами
5.Стропильная система
6.Внутренняя отделка (листы
гипсокартона или фанеры,
вагонка и т.п.)
1. Кровельное покрытие
2. Обрешетка
3. Гидро- и ветрозащитная
мембрана ISOVER HB
4. Теплоизоляция ISOVER Скатная
Кровля
5. Стропила
6. Пароизоляция ISOVER VARIO
KM Duplex UV или ISOVER VS
80
7. Внутренняя отделка
(гипсокартон (например,
GYPROC), вагонка, фанера)

36. Кровля с гибкой черепицей

Гибкая черепица SHINGLAS
2. Самоклеющийся подкладочный
ковер Барьер ОС
3. Мембрана супердиффузионная
ТехноНИКОЛЬ
4. Тепло-, звукоизоляция ТЕХНОЛАЙТ
5. Пароизоляционная пленка
ТехноНИКОЛЬ
6. Деревянный настил (ОСП-3; ФСФ)
7. Разреженная обрешетка
8. Контрбрус для создания
вентканалов
9. Стропильная нога
10. Шаговая обрешетка под утеплитель
11. Подшивка мансарды
1.

Теплотехнический расчет вентилируемых фасадов

У всякого плута свой расчет.

Русская народная пословица

Проектирование вентилируемого фасада включает прочностные и теплофизические расчеты. Теплофизические в свою очередь включают теплотехнический, влажностный и расчет воздухопроницаемости ограждающей конструкции. Статьи о расчете вентилируемого фасада начну с методик и нормативных документов по теплотехнике вентфасада.

Основными документами для проведения теплотехнического расчета вентилируемого фасада являются СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий», а также «Рекомендации по проектированию навесных фасадных систем с вентилируемым воздушным зазором для нового строительства и реконструкции зданий» и подобные рекомендации (которых немало, например «Фасадные теплоизоляционные системы с воздушным зазором. Рекомендации по составу и содержанию документов и материалов, представляемых для технической оценки пригодности продукции»).

Первая методика расчета теплотехники вентилируемого фасада была представлена в «Рекомендации по проектированию навесных фасадных систем с вентилируемым воздушным зазором для нового строительства и реконструкции зданий» (далее Рекомендации). В дальнейшем методику переработали и в окончательном виде она вошла в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» в качестве рекомендуемого приложения М.

Рассмотрим эти методики подробнее.

Методика теплотехнического расчета вентилируемого фасада по Рекомендациям.

Как и расчет любой ограждающей конструкции, расчет вентфасада начинается с определения требуемого сопротивления теплопередачи исходя из расчетных климатических характеристик района строительства и расчетных значений температуры в здании. Методика приведена в п.5 СП 50.13330.2012, на ней останавливаться не стоит.

Подбор толщины слоя теплоизоляции в соответствии с Рекомендациями осуществляется по формуле:

Расшифровку всех значений формулы можно найти в самом документе, представленном в архиве полезных файлов. Там же можно найти пример теплотехнического расчета вентилируемого фасада. Разберем ключевые моменты, и принципиально важным здесь является наличие коэффициента теплотехнической однородности r. Это табличная переменная и её значение приводится в таблицах Рекомендаций (табл. 7.2 и 7.3). При этом, в таблице даны r для худшего в теплотехническом отношении участка (с оконным проемом). Коэффициент «r» посчитан для фрагментов с проемностью 25%. При проёмности, отличающейся от 25%, на каждые 10% коэффициент «r» соответственно изменяется на 4% для кирпичных стен и на 2% для бетонных.

При определении коэффициента теплотехнической однородности, используемого в формуле, требуется знать толщину утеплителя. Поэтому расчет делается в несколько шагов. На первом шаге в формуле принимают r = 1. На следующем шаге r уточняют для толщины утеплителя, полученной на предыдущем шаге. Такой процесс повторяют, пока разница между расчетной толщиной утеплителя на соседних шагах не станет меньше 5 мм

После определения толщины утеплителя определяются приведенные сопротивления теплопередаче наружных стен для основных «фрагментов». Каждый рассчитываемый фрагмент делится на отдельные участки, характеризуемые одним или несколькими видами теплопроводных включений. При этом коэффициент rуже не определятся исходя из таблицы, а рассчитывается для каждой конкретной системы вентилируемого фасада.

Учет влияния металлических включений выполняется по формуле:

Где, коэффициент теплотехнической однородности:

Средневзвешенное значение приведенного сопротивления теплопередаче определяется по формуле:

F_i, R_oi^пр — соответственно площадь и приведенное сопротивление теплопередаче i-го фрагмент стен, м² °С/Вт;

В итоге, средневзвешенное значение приведенного сопротивления теплопередаче сравнивается с требуемым сопротивлением теплопередачи и теплозащита стены обеспечена, если R_o^r^{^c^р > R_o^req.}

Для расчета средневзвешенного значения многослойных наружных стен при наличии в стенах глухих (без проемов) участков может быть также использована формула:

R_o^r^{^c^р = R_o^r×n,}

Где n = 1,05 — коэффициент, учитывающий наличие глухих участков в наружных стенах.

В документе «Фасадные теплоизоляционные системы с воздушным зазором. Рекомендации по составу и содержаниюдокументов и материалов, представляемых для технической оценки пригодности продукции» расчетасредневзвешенного значения приведенного сопротивления теплопередаче нет. Теплотехническое проектирование продолжается после влажностных расчетов и включает составление температурных полей, о которых мы поговорим ниже.

Принятая толщина утеплителя вентилируемого фасада может быть не окончательной, и уточняется после влажностного расчета.

Методика теплотехнического расчета вентилируемых фасадов по СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

Опять же расчет начинается с определения требуемого сопротивления теплопередачи исходя из расчетных климатических характеристик района строительства и расчетных значений температуры в здании. Методика приведена в п.5 СП 50.13330.2012, на ней останавливаться не стоит.

Подбор толщины утеплителя производится по формуле:

Опять же, не будем останавливаться на каждой переменной, эта информация есть в соответствующем документе, обратить внимание следует на следующие значения:

Формулы для определения этих переменных приведены в приложении Е СП 50.13330.2012 и при их расчете требуется составление температурных полей. Температурное поле — это совокупность значений температур во всех точках рассматриваемой конструкции в данный момент времени. Графически температурное поле изображают посредством изотермических поверхностей, соединяющих все точки поля с одинаковой температурой, пример на рисунке:

Сам расчет температурных полей не нов и ручное его исполнение можно найти в учебниках, например в книге К. Ф. Фокина «Строительная теплотехника ограждающих частей зданий» (Москва, «АВОК-ПРЕСС» 2006). Учебник можно скачать в архиве полезных файлов.

Однако составление температурных полей для всех фрагментов едва ли осуществимо вручную, для этого применяют различные программы, от крупных пакетов, в состав которых входит опция расчета температурных полей (например, Ansys, CalculiX, Elmer, Salome, NormCAD) до специализированных на теплотехнике (Temper 3D или Heat3D).

Пример подготовки и обработки данных при расчете на ЭВМ приведен в приложении Н в СП 50.13330.2012 и приложении М СП 23-101-2004.

Заострить внимание на особенностях использования различного программного обеспечения при расчете температурных полей планируется в последующих статьях.

Так же как в расчете по Рекомендациям принятая толщина может быть не окончательной, и уточняется после определения влажностного режима ограждающей конструкции. В завершении теплотехнического расчета вентфасада сопротивление теплопередачи принятой конструкции проверяется по формуле Е.1 из приложения Е СП 50.13330.2012.

Следует обратить внимание, что приложение М в Своде Правил 2012 года рекомендуемое, но расчет температурных полей из приложения Е имеет статус обязательного. Хотя СП 2004 года в пункте 9.1.4, не исключая вариант расчета температурных полей, добавляет другие возможности:

И по данному варианту расчет допускается производить без составления температурных полей, с применением коэффициента r, т. е. в соответствии с Рекомендациями.

О сроке безремонтной службы вентилируемого фасада читайте в статье Срок безремонтной службы вентилируемого фасада.

Итак, существуют две принципиально различные методики теплотехнического расчета вентилируемых фасадов:

1) В соответствии с СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» и Рекомендациями.

2) В соответствии с СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

Первая для учета теплопроводных включений использует коэффициент теплотехнической однородности, который приводится в Рекомендациях и далее рассчитывается по формуле. Однако применение этого коэффициента оставляет много вопросов по поводу точности.

Расчет по СП 50.13330.2012 для учета теплопроводных включений предполагает использование результатов расчета температурных полей с применением ЭВМ.

Какой вариант расчета предпочтительнее?

Расчет по Рекомендациям носит более прикладной характер, и естественно проще исполним. Расчет по СП «Тепловая защита зданий» актуальнее и точнее, но требует затрат на программное обеспечение. И даже с учетом того, что некоторые программы для расчета температурных полей вентилируемого фасада можно найти в открытом доступе (CalculiX, Elmer, Salome), их использование требует от проектировщика весьма специфичных математических знаний, т. к. они основаны на численных методах. Открытые программы не ориентированы на пользователя и коммерческое использование, а потому не стоит ожидать от них получение быстрых результатов с максимальной простотой. Также по открытым программам не достаточно доступной русскоязычной литературы (хотя различные видеоуроки и примеры найти можно).

В последнее время проектно-монтажные организации зачастую пренебрегают расчетом теплотехники вентилируемого фасада, что кроет в себе массу подводных камней. Какой бы расчет не был, он необходим, каким документом его обосновать дело договоренности с заказчиком/экспертизой, а также личных предпочтений и возможностей. По услугам расчета можно обращатся, используя форму для связи.Удачи!

Автор: Антон Пахомов

Расчет сопротивления растеканию в радиаторах

Авария? Рассмотрим сценарий, в котором разработчик хочет включить новое разработанное устройство в систему и вскоре узнает, что для охлаждения устройства необходим радиатор. Дизайнер находит в каталоге довольно большой радиатор, который мало удовлетворяет требуемым тепловым критериям. Из-за других соображений, таких как шум вентилятора и ограничения по стоимости, попытка использовать радиатор меньшего размера оказалась бесполезной, и поэтому в конструкцию был принят радиатор большего размера.Был изготовлен прототип, который, к сожалению, сгорел во время первоначальных проверочных испытаний, продукт пропустил сжатые сроки внедрения, и проект был отменен. Что пошло не так?

Причин могло быть несколько. Но в этом сценарии главным виновником могло быть сопротивление растеканию, которое не было учтено в процессе проектирования. Для пользователей радиаторов очень важно понимать, что, если радиатор не разработан специально для конкретного применения, значения тепловых характеристик, указанные в каталогах поставщиков, редко учитывают дополнительные сопротивления, обусловленные размерами и расположением источника тепла.Понятно, что сами производители не могли знать, какие устройства пользователи будут охлаждать вместе с их продуктами.

Введение

Сопротивление растяжению или сжатию существует всякий раз, когда тепло перетекает из одной области в другую с разной площадью поперечного сечения. В случае применения с радиаторами сопротивление растеканию возникает в опорной плите, когда источник тепла с меньшей площадью опорной поверхности устанавливается на радиаторе с большей площадью опорной пластины.Это приводит к более высокой локальной температуре в месте размещения источника тепла. На рисунке 1 показано, как температура поверхности опорной плиты радиатора будет реагировать на постепенное уменьшение размера источника тепла слева направо при неизменных всех остальных условиях: чем меньше источник тепла, тем большее распространение должно происходить, что приводит к большему повышению температуры в центре. В этом примере игнорируется влияние краевых поверхностей радиатора, и предполагается, что источник тепла генерирует равномерный тепловой поток.

В случаях, когда площадь основания радиатора не обязательно должна быть намного больше, чем размер источника тепла, вклад сопротивления растекания в общий рост температуры устройства может быть незначительным и обычно находится в пределах проектного запаса. Однако в попытке отвести больше тепла от сегодняшних высокопроизводительных устройств часто используется радиатор большего размера, и, следовательно, влияние сопротивления растеканию на характеристики радиатора становится важным фактором, который нельзя игнорировать в процессе разработки. процесс проектирования.Нередко во многих высокопроизводительных приложениях с большой мощностью более половины общего повышения температуры радиатора связано с сопротивлением растеканию в опорной плите.

Цели данной статьи:

1) для понимания физики и параметров, связанных с сопротивлением растеканию

2), чтобы обеспечить простую конструктивную корреляцию для точного прогнозирования сопротивления

3) для обсуждения и разъяснения концепции сопротивления растеканию с акцентом на практическое использование корреляции в приложениях для теплоотвода

Приведенная здесь корреляция была первоначально разработана в ссылках 1 и 2.Эта статья является продолжением более ранней презентации.

Сопротивление растеканию

Прежде чем приступить к анализу, давайте обратим внимание на то, что нам говорят распределения температуры, показанные на рис. 1. Первая очевидная проблема, как отмечалось ранее, заключается в том, что максимальная температура в центре увеличивается по мере того, как источник тепла становится меньше. Еще одно важное наблюдение заключается в том, что с повышением температуры в центре одновременно снижаются температуры по краям радиатора.Можно показать, что это происходит таким образом, что средняя по площади температура поверхности опорной пластины радиатора остается неизменной. Другими словами, средняя тепловая эффективность радиатора не зависит от размера источника тепла. Фактически, как будет видно позже, это также не зависит от местоположения источника тепла.

Сопротивление растеканию можно определить из следующего набора параметров:

след или площадь контакта источника тепла, A _s
Площадь опорной пластины радиатора, A _p
толщина опорной плиты радиатора, т
теплопроводность опорной плиты радиатора, к
Среднее тепловое сопротивление радиатора, R ₀

Пока предположим, что источник тепла установлен по центру на опорной плите, а радиатор охлаждается равномерно по открытой оребренной поверхности.Эти два предположения будут рассмотрены более подробно. На рис. 2 показан двухмерный вид сбоку радиатора с линиями теплового потока, схематически проведенными на опорной пластине, толщина которой сильно преувеличена. Вверху сплошной линией показано соответствующее изменение температуры поверхности по центральной линии опорной плиты. Пунктирная линия представляет собой среднюю температуру поверхности, которая, опять же, не зависит от размера источника тепла и может быть легко определена умножением R ₀ на общее количество рассеиваемого тепла, обозначенное Q.

Как показано на рис. 2, максимальное сопротивление сужению R _c , которое учитывает повышение локальной температуры по сравнению со средней температурой поверхности, является единственной дополнительной величиной, которая необходима для определения максимальной температуры радиатора. Его можно точно определить из следующей корреляции.

Рисунок 2 — Двумерный схематический вид местного сопротивления или изменения температуры радиатора, показанный линиями теплового потока

Обратите внимание, что корреляция не касается ни формы источника тепла, ни формы опорной пластины радиатора.В более раннем исследовании было обнаружено, что эта корреляция обычно приводит к точности около 5% в широком диапазоне приложений с множеством комбинаций различных форм источника / приемника при условии, что соотношение сторон задействованных форм не превышает 2,5. См. Ссылки 1 и 2 для дальнейшего обсуждения.

Пример проблемы

Рассмотрим алюминиевый радиатор ( k = 200 Вт / мК) с размерами опорной плиты 100 x 100 x 1,3 мм толщиной. Согласно каталогу, тепловое сопротивление этого радиатора при заданном наборе условий равно 1.0 ° C / Вт. Найдите максимальное сопротивление радиатора, если он используется для охлаждения устройства размером 25 x 25 мм.

Решения

Без каких-либо других конкретных описаний предполагается, что источник тепла установлен в центре, и данное тепловое сопротивление 1,0 ° C / Вт представляет собой среднюю производительность радиатора. Из постановки задачи резюмируем:

A _с = 0,025 x 0,025 = 0,000625 м ²
A _p = 0.1 x 0,1 = 0,01 м ²
т = 0,0013 м
k = 200 Вт / м · K
R ₀ = 1,0 ° C / Вт

Следовательно,

Следовательно, максимальное сопротивление, всего R _{, составляет:}

R _всего = R _o + R _c = 1,0 + 0,66 = 1,66 ° C / Вт

Читатели должны обратить внимание на крайнее правое распределение температуры на рис. 1, которое является результатом численного моделирования для данной задачи в прямоугольных координатах.

Влияние местоположения источника

В следующих двух разделах мы ограничим наше рассмотрение текущим примером проблемы. Как мы увидим, результат этого ограниченного тематического исследования позволит нам сделать некоторые общие, но полезные выводы. Предположим, что тот же источник тепла в приведенном выше примере был расположен не в центре, а на некотором расстоянии от центра. Очевидно, что максимальная температура будет повышаться по сравнению с тем, что обнаружено в приведенном выше примере. На рисунке 3 показаны местные сопротивления, соответствующие двум таким случаям:

Рисунок 3 — Местное сопротивление радиатора, показывающее влияние расположения источника:
от L к R, источник тепла в (37.5,0) и (37,5,37,5) первый предназначен для случая, когда источник тепла установлен посередине вдоль края, а другой, когда он установлен на одном углу радиатора. Для этих двух особых случаев максимальное сопротивление растеканию можно рассчитать с помощью уравнения. (1) для R _c с входными параметрами t и R ₀, измененными, как показано ниже:

R _c = C x R _c (A _p , A _s , k, t / C, R ₀ / C)

(3)

с для первого случая и C = 2 для второго случая.Следует отметить, что это выражение не зависит от размера источника. Численно для текущей проблемы с источником тепла размером 25 x 25 мм это приводит к максимальному сопротивлению растеканию 1,29 и 2,38 ° C / Вт, или полному сопротивлению 2,29 и 3,38 ° C / Вт для первого и второго случаев, соответственно. Для обоих случаев можно показать, что среднее поверхностное сопротивление не изменилось от единицы.

Для других местоположений промежуточных источников было проведено численное моделирование, график представлен на рис.4 для поправочного коэффициента C _f , который можно использовать для вычисления полного сопротивления как

, где R _c определяется по формуле. (1), приведенное для случая с расположенным в центре источником тепла.

Рисунок 4 — Поправочный коэффициент в зависимости от местоположения источника Координаты на рисунке 4 указывают положение центра источника тепла, измеренное от центра опорной плиты в мм: случай с центрально расположенным источником тепла соответствует (0,0), а случаи, показанные на рис.3 соответствуют (37,5,0) и (37,5,37,5) для первого и второго случаев соответственно. На рис. 4 показан только один квадрант, так как они были бы симметричными относительно точки (0,0), исходя из предположения о равномерном охлаждении. Как видно из рисунка, поправочный коэффициент увеличивается с 1 по мере удаления источника тепла от центра. Стоит отметить, что увеличение, однако, очень минимально в широкой области около центра, и большинство возрастаний происходит ближе к краям.

В отличие от C в предыдущем выражении, C _f зависит от регистра (т.е.е. это зависит от размера источника тепла). Однако было обнаружено, что графики C _f , полученные для многих других случаев, демонстрируют по существу тот же профиль, что и показанный на рис. 4, с величинами в углах, определенными по формуле. (3), а область графика определяется максимальным смещением источника тепла. На основании этого наблюдения можно сделать общий вывод: для всех практических целей, пока источник тепла расположен ближе к центру, чем к краям радиатора, корректирующим увеличением сопротивления растекания можно пренебречь, и Можно использовать C _f = 1.Как отмечалось выше, это приведет к небольшой погрешности не более 5-10% в сопротивлении растекания, которое, в свою очередь, составляет долю от общего сопротивления.

До сих пор мы предполагали равномерное охлаждение по всей площади ребристой поверхности опорной плиты. Хотя это полезное предположение, оно редко реализуется в реальных ситуациях. Хорошо известно, что из-за более тонкого пограничного слоя и меньшего теплового эффекта ниже по потоку устройство будет охлаждаться более эффективно, если оно будет установлено со стороны впуска воздуха.Опять же, численное моделирование выполняется с использованием нашего примера задачи с учетом эффекта пограничного слоя.

На рисунке 5 показан результирующий модифицированный поправочный коэффициент как функция расстояния от центра радиатора до источника тепла, расположенного вдоль центральной линии при y = 0: x = -37,5 мм соответствует положению переднего переднего края источник тепла и x = 37,5 мм на самой задней кромке.

Рисунок 5 — Поправочный коэффициент, измененный для эффекта пограничного слоя при y = 0 Как видно из рисунка, можно добиться небольшого улучшения, разместив источник тепла впереди центрального места, где C _f <1 .Однако на практике было установлено, что размещение источника тепла вдали от центра и обеспечение его ориентации при установке часто вызывают дополнительные проблемы во время процессов производства и сборки.

Резюме и обсуждение

Представлено простое корреляционное уравнение для определения сопротивления растекания в теплоотводах. Примерный расчет выполняется для случая с источником тепла, размещенным в центре опорной плиты радиатора, и предоставляется средство для оценки поправочного коэффициента для учета эффекта изменения местоположения источника тепла.Следует отметить, что приведенная здесь корреляция является общим решением, которое сводится к хорошо известному решению Кеннеди ³, когда R ₀ приближается к 0: математический эквивалент изотермического граничного условия. Решение Кеннеди действительно только в том случае, если R ₀ достаточно мал, так что сторона ребра опорной плиты радиатора близка к изотермической. В противном случае решение Кеннеди, представляющее нижнюю границу сопротивления растеканию, может привести к серьезной недооценке сопротивления.

Более раннее исследование показало, что, в зависимости от относительной величины среднего сопротивления теплоотвода, сопротивление растеканию может увеличиваться или уменьшаться с увеличением толщины опорной плиты. Если сопротивление теплоотвода достаточно мало, как в системах с теплоотводом с жидкостным охлаждением, сопротивление растеканию всегда увеличивается с увеличением толщины, и оптимальной толщины не существует. С другой стороны, если сопротивление теплоотвода велико, как это наблюдается в большинстве применений с воздушным охлаждением, сопротивление растеканию уменьшается с увеличением толщины, и существует конечная оптимальная толщина.

Следует отметить, что настоящая корреляция рассчитывает сопротивление растеканию только в опорной плите и не учитывает эффект дополнительного растекания, который может существовать в других местах, таких как ребра в плоском радиаторе. Это дополнительное расширение ребер обычно влияет на сопротивление растеканию так же, как и более толстая опорная плита. Текущий автор обнаружил, что увеличение толщины опорной плиты на 20% во время расчета примерно объясняет эффект этого дополнительного растекания ребер из того же материала для большинства плоских радиаторов при воздушном охлаждении.Никаких модификаций не требуется для радиаторов с штыревыми ребрами.

Список литературы

1.	С. Ли, С. Сонг, В. Ау и К.П. Моран, Модель сопротивления сжатию / растеканию для электронных корпусов, Труды 4-й совместной конференции ASME / JSME по теплотехнике, Vol. 4, 1995, стр. 199-206.
2.	С. Сонг, С. Ли и В. Ау, Уравнение в замкнутой форме для тепловых сопротивлений сужения / растекания с переменным граничным условием сопротивления, Труды конференции IEPS 1994, 1994, стр.111-121.
3.	Д. П. Кеннеди, Сопротивление растекания в цилиндрических полупроводниковых приборах, Journal of Applied Physics, Vol. 31, 1960, стр. 1490-1497.

Совместные предприятия: расчет требований к выполнению работ и ограничений по субподряду — Birch Horton Bittner & Cherot

Автор: Карисса Д. Сибенек Андерсон

Совместные предприятия всегда были популярным инструментом для малого бизнеса, но с введением программы All Small Business Mentor Protégé, совместные предприятия стали еще более распространенным явлением.Ограничения SBA по субподряду много обсуждали, но расчет соответствия может быть немного сложным при работе с совместными предприятиями.

Малые предприятия могут создавать совместные предприятия, разрешенные в соответствии с правилами Управления малого бизнеса (SBA). При выполнении покрытых контрактов для малого бизнеса генеральные подрядчики малого бизнеса должны придерживаться ограничений по субподряду. В случае совместного предприятия (СП), выполняющего покрываемый контракт малого бизнеса, СП должно придерживаться двух уровней ограничений.В целях соблюдения ограничений по субподряду СП считается основным, поэтому работа, выполненная обоими / всеми партнерами по СП, будет определять, какой объем работы выполняется «основным» по сравнению с субподрядчиками. См. 13 CFR 125.6. Кроме того, партнеры по совместному предприятию должны соблюдать ограничения на выполнение работ, применимые к отдельным партнерам по совместному предприятию.

Ограничения субподряда для малого бизнеса. Для покрытых контрактов на оказание услуг малому бизнесу СП должно выполнить не менее 50% суммы, выплаченной по контракту.Сначала исключаются материалы, затем 50% применяется к оставшейся сумме по контракту. Если совместное предприятие использует какие-либо организации, расположенные аналогично (SSE), любая работа SSE может быть объединена с объемом работы совместного предприятия для достижения 50% -ного минимума работы. Другие типы контрактов требуют от первого лица выполнения другого минимального объема работ: строительство (15%), специализированное строительство (25%) и поставки (50%, но см. Правила для непроизводителей 125.6).

СП Производство работ. СП также должны гарантировать соответствие второму уровню требований, которые применяются к объему работы, которую малый бизнес / 8 (a) должен выполнить в рамках работы СП.Мы будем называть это ограничением выполнения работ, чтобы отличать его от общеприменимых ограничений субподряда для малого бизнеса, приведенных выше. Например, в совместном предприятии между наставником крупного бизнеса и его подопечным 8 (a) в рамках программы SBA 8 (a) Mentor Protégé (MPP) подопечный 8 (a) должен выполнять как минимум 40% работы, выполняемой наставник-протеже СП. Важно отметить, что подопечный также должен получать прибыль, соизмеримую с выполненной им работой, и что подопечный должен владеть как минимум 51% СП.Таким образом, хотя минимальная производительность работы составляет всего 40%, на практике мы рекомендуем протеже планировать выполнение 51% работы СП (или работать до 51% в течение срока действия контракта), чтобы получить 51% прибыли СП. . Это не обязательно, просто рекомендуется. Тот же минимум 40% работы СП применяется к совместным предприятиям в рамках All Small MPP и к совместным предприятиям между не-MPP концернами 8 (a) и не-8 (a) в рамках Программы 8 (a).

Следующий пример иллюстрирует комбинацию ограничений.По контракту на оказание услуг, если СП MPP (как основное) выполняет минимум 50% суммы присуждения контракта, полученной подрядчиком СП, а протеже выполняет минимум 40% работы, выполненной СП, то протеже выполняет 20 % доли услуг от общей стоимости контракта.

Если у вас есть какие-либо вопросы относительно того, как эти правила применяются к вашему бизнесу, пожалуйста, свяжитесь с Кариссой Д. Зибенек Андерсон ([электронная почта защищена]) или Джоном М. ДеВором ([электронная почта защищена]) или по телефону в офисе.

Совместное предприятие — обзор

7.3.2 Заявление

Успешные примеры «модели совместного предприятия» включают Соглашение между Кувейтом и Саудовской Аравией 1965 года, Конвенцию 1974 года в Бискайском заливе между Францией и Испанией, меморандум о взаимопонимании 1992 года. (Меморандум о взаимопонимании) между Малайзией и Вьетнамом и Договор между Колумбией и Ямайкой 1993 года. В соглашении 1965 года каждое государство, Кувейт и Саудовская Аравия, заключает отдельные и разные концессионные соглашения с одной и той же компанией в отношении своей неразделенной 50% -ной доли в ресурсах зоны, и каждое государство имеет равное количество представителей на совет директоров компании.В конвенции 1974 г. очерченная зона разделена на французский и испанский секторы, и заявленные лицензии любой из сторон, подавших заявку на разведку зоны, поощряются к созданию совместных предприятий с кандидатом другой стороны на равной основе, финансируя операции. пропорционально их долям. В соответствии с Меморандумом о взаимопонимании 1992 года Малайзия и Вьетнам соглашаются проводить разведку и разработку нефти в пределах определенной области перекрывающихся претензий на континентальный шельф. Договор 1993 года устанавливает зону, в которой Колумбия и Ямайка осуществляют совместное управление и контроль над разведкой и разработкой природных ресурсов.⁵

В мае 2003 года China Petrochemical Corporation Group (Sinopec), Китайская национальная оффшорная нефтяная корпорация, Pecten Orient (дочерняя компания Royal Dutch / Shell) и Unocal East China Sea Limited (дочерняя компания Unocal Corporation) подписали контракт о совместной разработке природного газа на газовом месторождении Chunxiao / Shirakaba в желобе Сиху Восточно-Китайского моря с долями 30, 30, 20 и 20% соответственно (Guo, 2010). Год спустя, 29 сентября 2004 г., Royal Dutch / Shell и U.Южнокорейская компания Unocal Corporation объявила о своем решении выйти из крупномасштабного газового проекта для совместной разведки, разработки и сбыта ресурсов природного газа, сославшись на «коммерческие причины». Решение, которое было принято двумя нефтяными гигантами, казалось довольно необычным в международном опыте создания крупных совместных предприятий. Но настоящая причина может заключаться в противодействии со стороны Японии: Япония считает, что газовое месторождение простирается за пределы китайско-японской морской границы (хотя Китай никогда не признает эту границу).С 2004 года Китай и Япония провели серию двусторонних переговоров о совместной разработке этого газового месторождения. В принципе, Китай согласился принять участие Японии при условии, что, как и в его совместном предприятии, созданном с Royal Dutch / Shell и Unocal Corporation, японские компании должны быть «иностранным» партнером. Однако Япония настаивает на том, что газовое месторождение на морском дне покрывает часть заявленных Японией вод, и поэтому к японским компаниям следует относиться более равным образом в совместном предприятии.⁶

Как рассчитать тепловые нагрузки и требования к охлаждению серверного помещения

Очень часто ИТ-шкафы, компьютерные и серверные помещения упускаются из виду, когда речь идет об охлаждении и мониторинге окружающей среды, и все же они могут быстро нагреваться. Одна из самых больших проблем — решить, как рассчитать фактическую потребность в охлаждении, а затем как лучше всего реализовать ее в относительно небольших и ограниченных пространствах.

Кондиционеры для IT-шкафов и компьютерных залов

Как охладить серверы в ближайшем ИТ-отделении, компьютере или серверной комнате, зависит от их расположения и формата установки. Большинство серверов устанавливаются в серверную стойку или размещаются в виде напольных башен. В этом типе среды серверы имеют воздушное охлаждение и оснащены охлаждающими вентиляторами, которые пропускают холодный воздух через устройства через решетки на передней панели и выводят горячий воздух через вытяжные зоны на задней панели.

Можно установить несколько серверов вместе с устройствами хранения, сетевыми коммутаторами и маршрутизаторами. Все эти элементы будут генерировать тепловую мощность, которую необходимо учесть при расчете требований к охлаждению.

Независимо от того, являются ли серверы напольными башнями или монтируются в стойку, для них потребуется достаточный воздушный поток вокруг них и источник холодного воздуха. Самый распространенный подход — установка кондиционера. Решения жидкостного охлаждения доступны, но чаще используются в высокопроизводительных вычислительных средах и центрах обработки данных.

Кондиционер может быть установлен на стене или потолке и будет таким же, как обычно используется в офисе. Эти типы кондиционеров известны как «сплит-блоки».

Сплит-системы кондиционирования воздуха — очень эффективный способ охлаждения помещения. Они состоят из внутреннего блока, соединенного медными трубами с наружным блоком или теплообменником и компрессором. Блоки кондиционирования воздуха поставляются с охлажденным хладагентом, а внутренние вентиляторы продувают воздух через змеевики испарителя в комнату.

Тепло поднимается, поэтому кондиционер в помещении подвешивается к потолку или монтируется на стене. Однако этот агрегат будет только «проталкивать» холодный воздух в комнату. Внутри серверной стойки может происходить перегрев, называемый «горячими точками». Воздушный поток внутри шкафа можно улучшить, используя заглушки и оставив достаточно места вокруг отдельных ИТ-компонентов для воздушного потока. Также можно установить дополнительные кассеты вентиляторов, чтобы воздух проходил через серверный шкаф.

Из-за возможности резких скачков тепла в ограниченном пространстве, таком как серверная стойка или компьютерный зал, важно установить мониторинг окружающей среды. Помимо температуры и влажности, система мониторинга окружающей среды также может обнаруживать дым, огонь и воду, если она оснащена соответствующими дополнительными датчиками. Чтобы система мониторинга окружающей среды работала эффективно, датчики должны быть правильно расположены внутри установки с подходящим потоком воздуха для отбора проб.В серверной стойке это может означать до 3 пар датчиков (передних и задних), размещаемых снизу, посередине и вверху серверной стойки.

Использование внешнего теплообменника и компрессора предотвращает накопление конденсата внутри внутреннего блока кондиционирования воздуха. Это одна из проблем портативных блоков переменного тока, у которых будет поддон для хранения влаги, удаляемой из воздуха при его охлаждении. Поддон конденсатора необходимо опорожнять через равные промежутки времени, чтобы переносной кондиционер продолжал работать.В качестве альтернативы портативные блоки переменного тока могут также иметь выхлопную трубу, которая требует вывода наружу через дверной проем или окно; оба из них обеспечивают плохую изоляцию от окружающей среды и, следовательно, низкую эффективность охлаждения.

Расчет требований к охлаждению

Простое практическое правило расчета кондиционера для комнаты состоит в том, чтобы определить площадь пола комнаты с точки зрения ширины на глубину в метрах и умножить это на 20, чтобы получить британскую тепловую единицу (BTU) для пространства.

Если пространство 10 на 20 метров, площадь пола = 10 × 20 = 200 м²

БТЕ составляет 200 × 20 = 4000 БТЕ или 4000 БТЕ в час

Что касается кондиционера, мы должны учитывать необходимое количество БТЕ / час при 1 кВт = 3412 БТЕ / час. Таким образом, киловатт равен:

4,000 / 3412 = 1,17 кВт охлаждения требуется

Поэтому для этого приложения мы будем рассматривать блок переменного тока ближайшего размера, который может быть системой мощностью 3 или 5 кВт.

Расчет тепловых нагрузок

Тепловыделение относится к передаче тепла в окружающей среде, и есть несколько источников тепла в вычислительной среде, для которых необходимо рассчитать.Они должны быть учтены для более точного расчета и включают:

Площадь пола: как указано выше 10 × 20 метров
Окна: маленьких компьютерных зала, как правило, имеют окна, которые увеличивают приток тепла
Население комнаты: количество человек в комнате в любой момент времени
Тепло, вырабатываемое оборудованием: для серверов мощность = количество тепла, выделяемого
Тепло от электрического освещения: , генерируется ли светом светодиодное или люминесцентное тепло

Взяв оставшиеся элементы для расчета после площади пола, получим:

Windows

Если в ИТ-туалете, компьютере или серверной комнате нет окон, то эту часть расчета можно игнорировать.Если есть окна, то их необходимо учитывать в зависимости от того, выходят ли окна на южную или северную сторону.

Южное окно BTU = ширина окна x глубина (м) x 870, затем x 1,5 (если нет жалюзи)
Северное окно BTU = ширина окна x глубина (м) x 165, затем x 1,5 (если нет жалюзи)

Общее окно BTU = Южное окно BTU + Северное окно (BTU)

человек (обитатели и посетители)

Обычно разрешается выделять 400 БТЕ на человека.Расчет будет таким:

Общее количество человек в БТЕ = количество человек в комнате x 400

ИТ-оборудование и другие устройства

Для серверов энергия, потребляемая оборудованием, преобразуется в тепло центральным процессором (ЦП). Следовательно, сервер мощностью 900 Вт будет генерировать 900 Вт тепла. Для этого расчета важно перечислить все ИТ-устройства, включая коммутаторы, маршрутизаторы и устройства хранения, а также серверы. Общая мощность, необходимая, скажем, для системы ИБП, может быть принята за охлаждающую нагрузку в ваттах или киловаттах.В целях безопасности добавьте в расчет коэффициент 1,5, чтобы учесть будущее расширение.

ИТ-оборудование БТЕ = Общая мощность x 1,5

Другие более крупные электрические системы в помещении также увеличивают нагрузку в БТЕ. Примером может служить источник бесперебойного питания. Чем больше мощность ИБП в кВА / кВт, тем выше тепловая мощность. Это также будет зависеть от нагрузки ИБП и состояния заряда батареи.

Электрическое освещение

Тот же процесс для ИТ-оборудования можно повторить для освещения.Окончательное значение умножается на 4,25, чтобы получить BTU освещения, но оно может быть уменьшено на одну треть, если вместо люминесцентного освещения используется светодиодное освещение.

Освещение BTU = Общая мощность для всего освещения x 4,25

Расчет общего охлаждения

Общая охлаждающая нагрузка складывается из отдельных вычислений следующим образом:

Площадь пола + Окно + Люди + ИТ-оборудование + Освещение = Общее охлаждение, необходимое БТЕ

, и чтобы получить кВт, разделите полное охлаждение БТЕ на 3412

. Требуется

БТЕ / 3412 = Требуется общая мощность охлаждения

Хотя это более точный расчет, чем «эмпирическое правило», он по-прежнему является общим в своем подходе и может снова использоваться только в качестве руководства.Для более точных и полных расчетов рекомендуется обследование объекта, чтобы учесть другие характеристики и требования объекта, а также убедиться, что выбрана наиболее подходящая технология охлаждения и кондиционер правильного размера.

Сводка

Изменение климата продолжает стимулировать спрос на кондиционирование воздуха, особенно в компьютерных и серверных помещениях, которые, возможно, уже находятся на грани допустимого диапазона температур окружающей среды. IT относительно легко улучшить поток охлаждающего воздуха в помещениях такого типа, если есть кондиционер, который нужно модернизировать.Для ИТ-оборудования без существующего блока переменного тока необходимо рассчитать требования к охлаждению серверной комнаты.

Несмотря на то, что можно сделать быстрый расчет, важно, чтобы объект был обследован квалифицированным инженером HVAC и специалистом по охлаждению. Наряду с любой установленной ИТ-сетью или решением для охлаждения компьютерного зала также важно рассмотреть возможность мониторинга окружающей среды, чтобы гарантировать, что внезапные всплески тепла и всплески температуры генерируют аварийное состояние, на которое можно быстро отреагировать, чтобы обеспечить бесперебойную работу сервера и непрерывность бизнеса.

Расчет тепловых потерь Windows

Как вы помните из главы 7, тепловые потери рассчитываются по следующей формуле:

Тепловые потери = Площадь × HDD × 24R-значение

По этой же формуле можно рассчитать теплопотери для окон.

Пример 1

Дом в State College, Пенсильвания, имеет 380 футов ² окон (R = 1,1), 2750 футов ² стен и 1920 футов ² крыши (R = 30). Суммарное R-значение стен — 19.Рассчитайте потребность дома в отоплении на отопительный сезон. Какой процент тепла теряется через окна?

Решение:

Тепловые потери в отопительный сезон дают

Тепловые потери = Площадь × HDD × 24R-значение

Потери тепла через окна =

380 футов2 × 6000 ° F дней × 24 ч / день 1,1 фут2 ° F hBtus = 49,745,455 Btus

Потери тепла через стены =

2750 фут2 × 6000 ° F сутки × 24 ч / сутки 19 фут2 ° F hBtus = 20842105 британских тепловых единиц

Потери тепла через крышу =

1920 футов2 × 6000 ° F дней × 24 ч / день 30 футов2 ° F hBtus = 9 216000 британских тепловых единиц

Общие тепловые потери = 79 803 560 BTUS

Процент потери тепла через окна =

Тепловые потери = 49.74 MMBtus 79,8 MMBtus × 100 = 62,3%

Пример 2

Окна в доме, описанном в примере 1, обновляются за 1 550 долларов. Обновленные окна имеют R-значение 4,0.

Какова процентная экономия на счетах за электроэнергию и отопление, если стоимость энергии составляет 11,15 / млн БТЕ.
Какой срок окупаемости данной модификации?

Решение:

a) Новые тепловые потери для окна того же размера с новым значением R —

380 футов2 × 6000 ° F дней × 24 ч / сутки4.0 футов 2 ° F hBtus = 13 680 000 Btus

Годовая экономия энергии = 49,745 MMBTUs -13,680 MMBTUs = 36,06 MMBTUs

Процент экономии составляет 36,06 млн БТЕ 79,84 млн БТЕ × 100 = 45,1%

Старый счет за отопление составит 79,803 млн БТЕ * 11,15 млн БТЕ = 889,80 долларов США

Новый счет за отопление составит 43,743 млн БТЕ * 11,15 млн БТЕ = 487,73 долл. США

Денежная экономия = 402,06 \ $ в год.

Срок окупаемости =

дополнительных инвестиций в год = 1550,00 долларов США 402 доллара США.06 = 3,85 года

В таблице показана рентабельность замены старых окон на новые и улучшенные окна. Стоимость рассчитывается с помощью компьютерной программы RESFEN, разработанной Министерством энергетики США.

Экономическая эффективность использования улучшенных окон
Производительность	Базовая модель	Рекомендуемый уровень	Лучшее из имеющихся
Описание окна	Двойное остекление, прозрачное стекло, алюминиевая рама	Двойное остекление, низкоэмиссионное покрытие, деревянная или виниловая рама	Трехслойное тонированное покрытие с двумя спектрально-селективными низкоэмиссионными покрытиями, каркас из дерева или винила с наполнителем из криптона
SHGC ^a	0.61	0,55	0,20
Коэффициент U ^b	0,87	0,40	0,15
Годовое потребление тепловой энергии	547 термов	429 термов	426 термов
Годовое потребление энергии на охлаждение	1,134 кВтч	1,103 кВтч	588 кВтч
Годовая стоимость энергии	\ 290 долл. США	\ 240 $	\ 210 $
Энергия за весь срок службы Стоимость ^c	\ 4 700 долл. США	\ 3900 долл. США	\ 3 400 долл. США
Экономия энергии за весь срок службы	–	\ 800 $	\ 1300 $

^a SHGC, или коэффициент увеличения солнечного тепла, является мерой солнечного излучения, пропускаемого через окно.SHGC колеблется от 0 до 1; чем меньше число, тем меньше передача солнечного тепла. SHGC заменил коэффициент затенения (SC) стандартным показателем способности окна затенять. SHGC примерно равен SC, умноженному на 0,87.

^b U-фактор — это мера скорости теплового потока через окно. Коэффициент U — это величина, обратная R-значению или сопротивлению, которое является общепринятой мерой изоляции.

^c Экономия затрат на энергию в течение всего срока службы — это сумма дисконтированной стоимости годовой экономии затрат на электроэнергию, основанной на среднем использовании и предполагаемом сроке действия окна в 25 лет.Будущие тенденции цен на энергоносители и ставка дисконтирования в размере 3,4 процента основаны на федеральных директивах (действуют с апреля 2000 года по март 2001 года). Предполагаемая цена на электроэнергию: 0,06 доллара США / кВтч, средняя федеральная цена на электроэнергию в США Предполагаемая цена на газ: 0,40 доллара США за терм, средняя федеральная цена на газ в США

Допущения рентабельности: Модель, показанная выше, является результатом моделирования с использованием программы моделирования жилых окон RESFEN. Расчеты выполнены на основе прототипа дома: 1540 кв.футов, два этажа, газовая печь стандартной эффективности и центральный кондиционер, а площадь окна составляет 15 процентов от площади внешней стены.

Расчет теплообменника

| SACOME

Тепловое исполнение теплообменника

Начиная с определения теплообменника , ключевой задачей разработчика является определение размеров теплообменника . Проектировщик должен рассчитать оптимальную зону обмена , которая может удовлетворить все требования, предъявляемые клиентом.

С этой целью применяется следующее уравнение теплопередачи , где Q — коэффициент теплообмена , U — общий коэффициент теплообмена , A — , зона обмена , а LMTD — это средняя логарифмическая разница температур.

Это уравнение должно быть разделено вдоль теплообменника на подходящее количество секций: эффективность теплопередачи между жидкостями изменяется вдоль теплообменника, как, среди прочего, тепловые свойства изменяются с температурой и сложными тепловыми внутри теплообменника происходят явления.

Чтобы понять процедуру расчета, уравнение теплопередачи можно применить ко всему теплообменнику, таким образом получая начальный подход к требуемой площади теплообмена . Этот процесс объясняется ниже для противоточного теплообменника с двумя концентрическими трубками.

Определение теплового режима

Это получается из данных процесса, уже установленных для продукта, которые обычно обрабатываются через внутреннюю трубу.

Расчет средней логарифмической разности температур (LMTD)

Это определяется между 2 секциями теплообменника , и зависит от температуры продукта и рабочих жидкостей на входе и выходе. Если говорить о теплообменнике в целом, то эти 4 температуры хорошо известны. Однако, если мы хотим разделить теплообменник на несколько приращений и рассчитать LMTD для каждого из них, существуют некоторые значения, неизвестные на первый взгляд, необходимые для выполнения процесса итерации и сходимости.

Определение общего коэффициента теплопередачи

Это результат добавления различных термических сопротивлений :

Тепловое сопротивление конвекции

Это сопротивление оценивает теплообмен , производимый конвекцией в обоих жидкостных каналах. Он обратно пропорционален коэффициенту теплообмена жидкости, h.

Для стороны продукта, поскольку Dp и dp — внешний и внутренний диаметры внутренней трубы, это:

, тогда как для служебного канала это:

Критическим моментом при проектировании теплообменника является надежное и точное определение коэффициентов теплообмена : неправильный расчет приведет к снижению производительности, а теплообменник может даже не достичь требуемых температур.

В зависимости от пути потока (труба, кольцевое пространство и т. Д.) И от режима потока (ламинарный, турбулентный и т. Д.) Также необходимо будет установить эмпирическую корреляцию для Нуссельта Nu, поскольку это безразмерный параметр, по которому можно рассчитать коэффициент теплообмена. Вообще говоря, Nusselt будет зависеть от других безразмерных параметров, таких как Рейнольдс, Прандтль, Грец, Грасхоф и т. Д.

Как зарегистрированный член Heat Transfer Research, Inc., SACOME выполняет дизайн своих обменников в соответствии с новейшей версией программного обеспечения HTRI Xchanger Suite v7.00.

Тепловое сопротивление проводимости

Он используется для оценки теплообмена , производимого теплопроводностью через стенку, разделяющую обе жидкости. Для круглой трубы коэффициент теплопроводности металла равен и определяется как:

Термическое сопротивление засорению

Во время работы теплообменника слой, состоящий из примесей продукта (это происходит аналогично со стороной обслуживания), откладывается на поверхностях, контактирующих с жидкостями.Эти сопротивления загрязнения ухудшают процесс теплообмена.

Для приложений (в основном в промышленной сфере), в которых необходимо отложить отключение для задач по очистке, обычно с самого начала учитывают эти дополнительные сопротивления, что приводит к завышению габаритов оборудования. Для пищевых продуктов они не предназначены, поскольку задачи по очистке выполняются чаще.

На стороне товара это:

Тогда как в служебном канале это:

Расчет необходимой биржевой площади

Применяя уравнение теплообмена , можно получить требуемую площадь теплообмена .Учитывая, что диаметр внутренней трубы уже задан, решение задачи заключается в получении общей длины теплообменника Lt:

В результате мы получаем теоретическую требуемую площадь. Однако, поскольку необходимо выбрать длину трубки, доступной на рынке, L: если эта длина меньше теоретической, то необходимо установить последовательно комплект теплообменников n:

В любом случае, всегда рекомендуется, чтобы площадь обмена была выше теоретической, в зависимости от неопределенности при определении тепловых свойств жидкостей, сопротивления загрязнению или коэффициентов теплопередачи .Для количественной оценки этого избыточного расчета определяется общий коэффициент теплообмена или «загрязненное значение K»:

Выявление плохой работы теплообменника

сен-2007

Выявление основных причин плохой работы ребойлера дебутанизатора установки сырой нефти и недорогие решения, которые помогают соответствовать исходным проектным условиям теплообменника

Марк Фернсби и Эйб Дюпон, Natref
Тони Барлетта и Стив Уайт, Process Consulting Services

Краткое содержание статьи

Теплообменники

разработаны с использованием инженерных инструментов, которые позволяют проектировщику оценить влияние различных параметров на прогнозируемую производительность и выбрать оптимальную комбинацию.Однако результаты компьютерной модели — это просто расчеты и отражают фактическую производительность только в том случае, если допущения модели правильно предсказывают, что на самом деле происходит внутри обменника. Следовательно, когда теплообменник не работает согласно проекту, предположения модели неверны. Производительность теплообменника, как и любого другого технологического оборудования нефтеперерабатывающего завода, зависит от конкретной конструкции оборудования, а не от идеалов компьютерной модели.

Ребойлерная система
В 2000 году компания National Petroleum Refiners of South Africa (PTY) Ltd (Natref, совместное предприятие Sasol и Total South Africa) ввела в эксплуатацию крупное расширение установки для добычи нефти и вакуума.В рамках модернизации на дебутанизаторе сырой нефти был установлен новый ребойлер, чтобы обеспечить повышенную нагрузку для стабилизации увеличившейся добычи из колонн предварительного испарения и атмосферной сырой нефти. Общее количество подводимого тепла ребойлера необходимо увеличить, чтобы удалить достаточное количество C4, чтобы соответствовать техническим условиям для легкой прямогонной (LSR) Rvp для смешивания бензиновых бассейнов. Однако подводимого тепла ребойлера дебутанизатора было недостаточно для удовлетворения требований Rvp для легкой нафты после запуска, особенно при переработке смесей легкой нефти.Максимальная производительность дебутанизатора была ограничена 90% от проектной, когда ребойлеры были чистыми. Во время работы засорение привело к снижению на 3,5% нагрузки ребойлера в месяц (что эквивалентно сокращению максимальной производительности примерно на 750 баррелей в сутки в месяц). Иногда это начинало ограничивать общую пропускную способность установки сырой нефти.

Модернизированная колонна дебутанизатора была спроектирована для работы с двумя ребойлерами. Один использованный газойль. Таким образом, его тепловложение определялось выходом продукта. Этот ребойлер, который не подвергался механическим изменениям во время модернизации, работал удовлетворительно.Новый паровой ребойлер был разработан для обеспечения баланса потребности в тепле для дебутанизатора во время нормальной работы и общих требований к теплу колонны, поэтому газойль-ребойлер можно было отключить для технического обслуживания. Этот более крупный ребойлер был разработан для пара под давлением 42 кг / см2 (рис. 1), чтобы заменить ребойлер, использующий пар под давлением 16 кг / см2. После ввода в эксплуатацию теплообменник имел расчетный общий коэффициент теплопередачи (U) на уровне 25% от расчетного. Для оценки потенциальных первопричин были проведены различные полевые испытания.В конечном итоге теплообменник был выведен из эксплуатации и проверен, чтобы убедиться, что фактическая конструкция соответствует чертежам, и оценить, были ли сильно загрязнены стенки кожуха или трубы. Однако, когда теплообменник был снова введен в эксплуатацию, было отмечено лишь незначительное улучшение производительности. Даже когда ребойлер был чистым, его значение U составляло менее 25% от проектных чистых характеристик. Хотя ребойлер никогда не подвергался значительному загрязнению, его рабочие характеристики были чувствительны даже к небольшому количеству загрязнения по сравнению с другим ребойлером.

Обычно предполагают возможные причины, по которым оборудование не соответствует ожидаемым характеристикам. В этом случае теории включали в себя плохую теплопередачу при использовании U-образных труб вместо прямых труб, недостаточную циркуляцию жидкости со стороны кожуха, приводящую к чрезмерному испарению и неравномерности двухфазного потока в возвратном трубопроводе ребойлера. Другой заключался в том, что обменник просто был недостаточно большим и требовался новый обменник большего размера. Было проведено множество тестов для изучения этих и различных других гипотез, которые могли бы объяснить низкую производительность.

Определение первопричин должно начинаться с анализа конкретной системы и конструкции оборудования, а также применения фундаментальных инженерных принципов. Поскольку инженерные инструменты становятся все более сложными, изощренными и простыми в использовании, например, модели вычислительной гидродинамики (CFD), инженеры склонны полагаться на эти модели и искать сложные причины и решения. Это не должно быть сюрпризом, учитывая растущее внимание к инженерным инструментам, а не к пониманию основных принципов работы оборудования.Тем не менее, понимание этих принципов остается единственным наиболее важным фактором при проектировании технологического оборудования и устранении неисправностей, когда оборудование не работает так, как ожидалось.

Базовый ребойлер
Потенциальные проблемы ребойлера обычно можно разделить на три области: на стороне пара, на стороне процесса и конструкции теплообменника. Как правило, существует только пара проблем со стороны пара, наиболее распространенной из которых является заполнение теплообменника конденсатом, что уменьшает площадь поверхности конденсации.Потенциальные проблемы со стороны технологического процесса включают в себя высокий перепад давления в системе, чрезмерно низкие и высокие скорости циркуляции и пробковый поток в возвратном трубопроводе ребойлера. Термосифонные ребойлеры обеспечивают циркуляцию жидкости из нижней части колонны через межтрубную часть теплообменника на основе гидравлики системы. Уровень жидкости в нижней части колонны и запорный клапан на входе в кожух (при наличии) используются для управления циркуляцией.