Владимир Круковер - Тепло в загородном доме

Из всего сказанного выше можно сделать вывод, что вопреки необходимости решать эти проблемы комплексно доминирующим остается способ передачи тепла от отапливающего элемента или панели в отапливаемое пространство помещения с использованием конвекционной или лучистой системы.

Различный физический принцип передачи тепла и вещества, в случае конвекционного и лучистого отопления, предполагает, что при расчете потребности в тепле для отопления необходимо учитывать все физические законы, которые характеризуют передачу тепла конвекцией и излучением.

При использовании систем конвекционного отопления температура стен (tu) ниже температуры воздуха (tv). tu тем ниже tv, чем хуже теплоизоляционные свойства строительных материалов, использовавшихся при возведении дома, а также, чем ниже внешняя температура (te).

Общие тепловые потери объекта (Qс) равняются сумме тепловых потерь конструкцией (Qp) и тепловых потерь, связанных с вентиляцией (Qv):

Qс = Qp + Qv

Тепловые потери через стены определяются из основной тепловой потери (Qо) суммированием с коэффициентами по следующему соотношению:

QР = Qо.(1 + p1 + р2),

где р1 – коэффициент на компенсацию влияния холодных стен; р2 – коэффициент на ускорение нагрева.

Основная тепловая потеря конструкции объекта (Qo) рассчитывается как сумма тепловых потерь отдельных элементов конструкции:

Qo = E [kj • Sj • (ti – te)],

где kj – коэффициент прохождения тепла строительной конструкцией (W.m – 3.K – 1);

Sj – охлаждающаяся плоскость строительной конструкции (m2).

Тепловая потеря при натуральном проветривании рассчитывается по следующей формуле:

Qv = p. c. V. h – 1. (ti – te) : 3600,

где p – плотность воздуха (кg.m – 3);

c – специфическая тепловая емкость воздуха

(J.kg – 1.K – 1);

V – отапливаемый объем объекта (m3);

h – 1 – обмен воздуха в объекте за 1 час.

В помещениях с высокими потолками необходимо учитывать повышение температуры воздуха с увеличением высоты и расчетной температуры (ti) в зависимости от высоты объекта (h). Таким образом, учитывается температурный градиент:

/\t : /\h = 0.3 K.m – 1

Потребность в тепле для отопления с помощью центральной системы отопления выше на 5–15%, чем потребность в тепле при децентрализованном отоплении. Приведенная процентная разница представляет коррекцию на потери в системе доставки тепла.

При лучистом отоплении температура воздуха (tv) ниже температуры окружающих плоскостей (tu). При этом tv тем ниже tu, чем хуже теплоизоляционные свойства строительных конструкций и чем ниже внешняя температура (te).

В данном случае действительно обратное неравенство, чем при конвекционном отоплении.

Расчет потребности в тепле для определения тепловой мощности излучателей производится из системы трех линейных уравнений теплового равновесия помещения. При учитывании только одной охлаждающейся плоскости – пола общая плотность лучистого потока), излучаемая излучателями и попадающая на охлаждаемую плоскость пола, устанавливается отношением:

Qс = (1 – e). Фс. Ys • Qp : Sс (W.m – 2).

Неизвестные величины – общая плотность лучистого потока – qс (W.m – 2), средняя температура воздуха внутри помещения – tv (° С) и температура облучаемой горизонтальной проекции площади – tс (° С). Они рассчитываются из трех уравнений теплового равновесия отапливаемого пространства с учетом человека, находящегося в нем, следующим образом:

1. Уравнения теплового баланса облучаемой горизонтальной площади (Sс):

qc = qsc + qkc + qec (W m – 2)

qc = asc (tс – tt) + akc •(tc – tV) + /\с. (tc – tec) (W.m – 2), где

ts – поверхностная температура плоскости Sс;

tt – средняя поверхностная температура стен;

tv – средняя температура воздуха в интерьере;

tec – температура почвы под полом помещения (при отсутствии подвальных помещений);

Sc – охлаждаемая площадь пола.

2. Уравнение теплового баланса внутреннего воздуха:

p.c. (V : Sc)•(tv – te) = akc • (tc – tv) (W.m – 2).

3. Уравнение теплового комфорта для человека при использовании излучателей:

tv + 0,5. tc + 0,5. tt + qr : 5,25 = 2.tg (°С),

где tg – результирующая температура ощущения.

Для этого уравнения еще необходимо определить интенсивность облучения человеческого тела (qг), исходя из отношения:

qr = qc • (Ф : Фc)

Из данной системы уравнений будут определены неизвестные величины: tс, tу и общая плотность потока излучения (qс).

Из уже известной плотности потока излучения (qс) рассчитывается общая тепловая мощность излучателей: