Формула расчета теплопотерь: Расчет теплопотерь дома через ограждающие конструкции

Расчет теплопотерь: калькулятор, формулы, пример, таблица

Обеспечение того или иного пространства здания теплом достигается с помощью установки соответствующего оборудования. В зависимости от типа здания, это могут быть разные приборы и обогреватели. Так, например, в частном доме чаще всего используются небольшие одно- или двухконтурные газовые котлы, которые могут быть напольными или настенными. В некоторых отдельных домах и по сей день встречаются такие нагревательные сооружения, как дровяные печи или печи-буржуйки. Конечно же, это бывает очень редко, но все-таки эти обогреватели, которые в течение нескольких сотен лет позволяли людям обеспечивать тепло в домах, и сейчас на должном уровне выполняют свои прямые функции. Что же касается производственных предприятий, то на них довольно широкое применение получили так называемые «воздушные пушки», которые, благодаря встроенному вентилятору, разгоняют по всему помещению нагретый до определенной температуры воздух, а в теплое время года они способны выполнять функции кондиционера и вентилятора (достаточно лишь отключить нагревательный элемент).

Напольный котел отопления устанавливают в отдельное помещение.

Помимо этих приспособлений, на крупных предприятиях по созданию и производству каких-то промышленных или продуктовых товаров используется паровое отопление. Оно заключается в том, что образующийся в процессе производства пар не отправляется на прямую в атмосферу через отводящую трубу, а направляется по трубам, расположенным по всему периметру здания. Этот способ позволяет экономить средства на оплате за электроэнергию или за магистральный газ. Помимо всего прочего, это замечательный способ уменьшить масштабы негативного влияния продуктов человеческой деятельности на окружающую среду. Конечно же, по сравнению с отопительным оборудованием прошлого поколения, техника сейчас оказывается на несколько шагов впереди, но теплопотери остаются на достаточно критическом уровне. Именно поэтому необходимо не только осуществлять систематический расчет теплопотерь здания, но и предпринимать некоторые попытки для того, чтобы эти показатели снижались.

Как проводятся расчеты тепловых потерь?

Процесс теплопотерь дома.

Независимо от того, в каком здании или помещении проводится замер теплопотерь, они в большинстве своем связаны с тем, что нагретый воздух выходит из помещения через разнообразные ограждающие конструкции. К ним относятся стены, потолки, полы, окна, двери и многое другое. Помимо этого, здесь еще следует назвать такой фактор, как необходимость нагревать тот воздух, который просачивается в помещение через всевозможные зазоры и неплотные соединения опять-таки между ограждающими конструкциями. Таким образом, для того чтобы избежать теплопотерь, необходимо произвести их расчет и потом уже попытаться наметить основные этапы работы по преодолению данной ситуации.

Методика расчета теплопотерь помещений и порядок его выполнения

Схема утепление входных дверей.

Все потери помещениями различных типов тепла складываются из теплопотерь, происходящих через разнообразные ограждающие конструкции, например, стены, окна, перегородки, перекрытия или полы, и из расходования тепла на процесс нагревания воздуха, который попадает внутрь здания через неплотно защищенные сооружения, присутствующие в конструкции данного рассматриваемого помещения. Иногда в некоторых промышленных зданиях случаются и другие варианты возможной потери тепла, природу которых можно связать только с практической деятельностью предприятия и условиями, в которых происходит непосредственная деятельность этой организации.

В любом случае учет теплопотерь необходимо производить для всех конструкций ограждающего типа, которые присутствуют в отапливаемом помещении.

При этом не обязательно учитывать потери тепла, которые осуществляются через внутренние конструкции, если разность их температуры с температурой в соседних помещениях не превышает 3 градусов по Цельсию.

Как рассчитать теплопотери здания сквозь ограждающие конструкции?

Формулы расчета теплопотерь.

Для этой цели существует следующая формула: Qогр = F (tвн – tнБ) (1 + Σ β ) n / Rо

В которой, tнБ – это температура воздуха снаружи, измеряемая градусами по Цельсию;

tвн – температура внутри помещения, мера измерения которой тоже – градус по Цельсию;

далее за F принимается площадь всех защитных сооружений, в квадратных метрах;

n – коэффициент, учитывающий положение ограждений или защитных сооружений внутри здания, то есть положение внешней поверхности этих объектов по отношению к наружному воздуху;

под β подразумеваются добавочные теплопотери, рассчитанные в некоторых долях от основных потерь тепла;

Rо – это сопротивление процессу передачи тепла, измеряемое в отношении произведения кв.

метров на градусы по Цельсию к Вт.

Сопротивление обычно тоже находится по формуле Rо = 1/ αв + Σ ( δі / λі ) + 1/ αн + Rв.п. Здесь за αв берется коэффициент восприятия тепла внутренней поверхностью имеющихся ограждений, мера измерения этого компонента – отношение Вт к произведению метра в квадрате на градус по Цельсию;

λі – это расчетный коэффициент теплопроводности для используемого материала одного слоя конструкции;

δі – толщина одного слоя материала;

αн – коэффициент отдачи тепла ограждением;

Rв.n – термосопротивление внутри воздушной замкнутой прослойки;

Коэффициенты αн и αв в некоторых случаях имеют постоянные значения, как и значение λі, которое указано в специальных справочниках;

δі – величина, которую назначают дополнительно, согласно заданию, и определить ее можно только по чертежам конструкций ограждений;

Коэффициенты восприятия тепла αв для внутренней поверхности стен, полов и потолков равна 8,7 кв.м׺С/Вт. Обозначаемый символом αн коэффициент теплоотдачи наружных стен и перекрытий, над которыми нет чердака, равен 23. В случае же с имеющимися в конструкции здания чердаками и подвалами этот коэффициент снижается практически вдвое, равняясь таким образом, 12 кв.м׺С/Вт.

Вернуться к оглавлению

Добавочные тепловые потери через окна и двери

Крайне редко прибегают к технологии подсчета потерь тепла через двери или окна, поэтому удобнее воспользоваться приведенными в справочных материалах данными. Согласно им, через двери, окна и стены, ориентированные на северные стороны, наблюдаются потери тепла в 0,1 β. Если же окна, стены и двери смотрят на запад или юго-восток, то теплопотери уменьшаются и равны 0,05 β

Вернуться к оглавлению

Расчет расходов тепла на нагревание попадающего снаружи воздуха

Добавочные теплопотери.

Существует два общепринятых для этого случая типа расчетов. Посредством первого можно определить расход энергии Qі, уходящей на нагревание воздуха, проникнувшего извне через вентиляционную вытяжку. Второй же расчет помогает определить расход тепловой энергии на подогрев воздуха извне, проникающего внутрь помещения через неплотно установленные ограждения.

Определяем Qі по формуле 0,28 L ρн с (tвн – tнБ) (1),

в которой L, м3 на 1 час, представляет собой расход выходящего наружу воздуха;

с – это удельная величина тепловой емкости воздуха, измеряемая в кДж;

ρн – это плотность наружного воздуха, кг/м3.

Вернуться к оглавлению

Расчет тепловых потерь частного дома

Достаточно часто происходит так, что, еще до того как вы поселитесь в новом доме, в нем остается всего-навсего доработать какие-то мелочи своими собственными руками или же, наоборот, приходится обращаться за помощью профессионалов, для того чтобы сделать то, что вы оставили на последнюю очередь. И в первом, и во втором случае проблему необходимо решить как можно скорее, но разница заключается в том, что, до того как приступить к реализации какой-то серьезной задачи, нередко требуется провести мероприятия подготовительного характера. Так, например, если у вас еще не проведено отопление, то сначала нужно будет провести расчет тепловых потерь и только потом определяться с тем, какая отопительная система будет подходящей в вашем конкретном случае.

Для того чтобы осуществить намеченное мероприятие, необходимо определиться с тем, через что именно в частном доме может выходить тепло. Самый первый ответ, который приходит на ум, связан, конечно же, с дверью. Еще бы, ведь именно она является той частью, которая не только стоит на границе улицы и дома, но и находится в открытом состоянии очень часто. И если в весенний или летний период данное ее положение становится всего-навсего причиной проникновения в дом комаров, мух и каких-то других мелких (порой и крупных) насекомых, то осенью, зимой и ранней весной результаты данных действий намного серьезнее: за несколько секунд выхолаживается одна комната, а если учесть, что в дом не только приходят, но из него еще и выходят, то, как минимум, раз в день дверь открывается на 2-3 минуты. И если в квартирах более быстрому остыванию внутренней температуры помещения препятствует подъезд, то в частном доме такой защиты нет.

Итак, с дверью разобрались, здесь ничего нового мы не узнали, а лишь подтвердили лишний раз правоту своих догадок и подозрений. Далее представляем список частей здания, виновных в тепловых потерях:

• стены;
• окна;
• потолок;
• чердачное покрытие или крыша;
• пол на первом или на цокольном этаже;
• вентиляционная система.

Вернуться к оглавлению

Теплопотери и их расчет на примере двухэтажного здания

Сравнение расходов на отопление зданий разной формы.

Итак, возьмем для примера небольшой домик с двумя этажами, утепленный по кругу. Коэффициент сопротивления теплопередаче у стен (R) при этом будет в среднем равен трем. Здесь учитывается то, что к основной стене уже прикреплена теплоизоляция из пеноплекса или из пенопласта, толщиной около 10 см. У пола данный показатель окажется чуть меньше, 2,5, так как утеплителя под отделочным материалом нет. Что касается кровельного покрытия, то здесь коэффициент сопротивления достигает 4,5-5 благодаря тому, что утеплен чердак с помощью стекловаты или минеральной ваты.

Кроме того, что вы определите то, насколько способны те или иные интерьерные элементы противиться естественному процессу улетучивания и охлаждения теплого воздуха, нужно будет определиться с тем, каким именно способом это происходит.

Возможно несколько вариантов: испарение, излучение или конвекция. Помимо них, существуют и другие возможности, но к частному жилому помещению они не относятся. При этом, осуществляя расчеты теплопотерь в доме, не нужно будет учитывать, что время от времени температура внутри помещения может повышаться от того, что сквозь окно солнечные лучи нагреют воздух на несколько градусов. Не стоит в данном процессе ориентироваться еще и на то, что дом стоит в каком-то особом положении по отношению к сторонам света.

Для того чтобы определить то, насколько серьезными являются теплопотери, достаточно провести расчет данных показателей в самых населенных комнатах. Наиболее точный расчет предполагает следующее. Сначала нужно подсчитать общую площадь всех стен в комнате, затем из данной суммы нужно вычесть площадь всех расположенных в этой комнате окон и, учитывая площадь кровли и пола, рассчитать теплопотери. Это возможно осуществить с помощью формулы:

dQ=S*(t внутри – t уличная)/R

Так, например, если площадь стен у вас равна 200 кв. метрам, температура в помещении – 25ºС, а на улице – минус 20ºС, то стены потеряют приблизительно 3 киловатта тепла за каждый час. Аналогично осуществляется и расчет теплопотерь всех остальных составляющих. После этого их остается лишь суммировать и у вас получится, что комната с 1 окном потеряет в час около 14 киловатт тепла. Итак, это мероприятие производится до монтажа отопительной системы по специальной формуле.

формулы, пример вычислений, онлайн калькулятор

Каждое здание, независимо от конструктивных особенностей, пропускает тепловую энергию через ограждения. Потери тепла в окружающую среду необходимо восстанавливать с помощью системы отопления. Сумма теплопотерь с нормируемым запасом – это и есть требуемая мощность источника тепла, которым обогревается дом. Чтобы создать в жилище комфортные условия, расчет теплопотерь производят с учетом различных факторов: устройства здания и планировки помещений, ориентации по сторонам света, направления ветров и средней мягкости климата в холодный период, физических качеств строительных и теплоизоляционных материалов.

По итогам теплотехнического расчета выбирают отопительный котел, уточняют количество секций батареи, считают мощность и длину труб теплого пола, подбирают теплогенератор в помещение – в общем, любой агрегат, компенсирующий потери тепла. По большому счету, определять потери тепла нужно для того, чтобы отапливать дом экономно – без лишнего запаса мощности системы отопления. Вычисления выполняют ручным способом либо выбирают подходящую компьютерную программу, в которую подставляют данные.

Как выполнить расчет?

Сначала стоит разобраться с ручной методикой – для понимания сути процесса. Чтобы узнать, сколько тепла теряет дом, определяют потери через каждую ограждающую конструкцию по отдельности, а затем складывают их. Расчет выполняют поэтапно.

1. Формируют базу исходных данных под каждое помещение, лучше в виде таблицы. В первом столбце записывают предварительно вычисленную площадь дверных и оконных блоков, наружных стен, перекрытий, пола. Во второй столбец заносят толщину конструкции (это проектные данные или результаты замеров). В третий – коэффициенты теплопроводности соответствующих материалов. В таблице 1 собраны нормативные значения, которые понадобятся в дальнейшем расчете:

Наименование и краткая характеристика материала	Коэффициент теплопроводности (λ), Вт/(м*С)
Дерево	0,14
ДСП	0,15
Керамический кирпич с пустотами 1000 кг/м3),кладка на цементно-песчаный раствор	0,52
Гипсовая штукатурка	0,35
Минеральная вата	0,041

Чем выше λ, тем больше тепла уходит сквозь метровую толщину данной поверхности.

2. Определяют теплосопротивление каждой прослойки: R = v/ λ, где v – толщина строительного или теплоизоляционного материала.

3. Делают расчет теплопотерь каждого конструктивного элемента по формуле: Q = S*(Т_в-Т_н)/R, где:

• Т_н – температура на улице, °C;
• Т_в – температура внутри помещения,°C;
• S – площадь, м2.

Разумеется, на протяжении отопительного периода погода бывает разной (к примеру, температура колеблется от 0 до -25°C), а дом обогревается до нужного уровня комфорта (допустим, до +20°C). Тогда разность (Т_в-Т_н) варьируется от 25 до 45.

Чтобы сделать расчет, нужна средняя разница температур за весь отопительный сезон. Для этого в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология и геофизика» (таблица 1) находят среднюю температуру отопительного периода для конкретного города. Например, для Москвы этот показатель равен -26°. В этом случае средняя разница составляет 46°C. Для определения расхода тепла через каждую конструкцию складывают теплопотери всех ее слоев. Так, для стен учитывают штукатурку, кладочный материал, внешнюю теплоизоляцию, облицовку.

4. Считают итоговые потери тепла, определяя их как сумму Q внешних стен, пола, дверей, окон, перекрытий.

5. Вентиляция. К результату сложения добавляется от 10 до 40 % потерь на инфильтрацию (вентиляцию). Если установить в дом качественные стеклопакеты, а проветриванием не злоупотреблять, коэффициент инфильтрации можно принять за 0,1. В отдельных источниках указывается, что здание при этом вообще не теряет тепло, поскольку утечки компенсируются за счет солнечной радиации и бытовых тепловыделений.

Исходные данные. Одноэтажный дом площадью 8х10 м, высотой 2,5 м. Стены толщиной 38 см сложены из керамического кирпича, изнутри отделаны слоем штукатурки (толщина 20 мм). Пол изготовлен из 30-миллиметровой обрезной доски, утеплен минватой (50 мм), обшит листами ДСП (8 мм). Здание имеет подвал, температура в котором зимой составляет 8°C. Потолок перекрыт деревянными щитами, утеплен минватой (толщина 150 мм). Дом имеет 4 окна 1,2х1 м, входную дубовую дверь 0,9х2х0,05 м.

Задание: определить общие теплопотери дома из расчета, что он находится в Московской области. Средняя разность температур в отопительный сезон – 46°C (как было сказано ранее). Помещение и подвал имеют разницу по температуре: 20 – 8 = 12°C.

1. Теплопотери через наружные стены.

Общая площадь (за вычетом окон и дверей): S = (8+10)*2*2,5 – 4*1,2*1 – 0,9*2 = 83,4 м2.

Определяется теплосопротивление кирпичной кладки и штукатурного слоя:

• R клад. = 0,38/0,52 = 0,73 м2*°C/Вт.
• R штук. = 0,02/0,35 = 0,06 м2*°C/Вт.
• R общее = 0,73 + 0,06 = 0,79 м2*°C/Вт.
• Теплопотери сквозь стены: Q ст = 83,4 * 46/0,79 = 4856,20 Вт.

2. Потери тепла через пол.

Общая площадь: S = 8*10 = 80 м2.

Вычисляется теплосопротивление трехслойного пола.

• R доски = 0,03/0,14 = 0,21 м2*°C/Вт.
• R _ДСП = 0,008/0,15 = 0,05 м2*°C/Вт.
• R утепл. = 0,05/0,041 = 1,22 м2*°C/Вт.
• R общее = 0,03 + 0,05 + 1,22 = 1,3 м2*°C/Вт.

Подставляем значения величин в формулу для нахождения теплопотерь: Q пола = 80*12/1,3 = 738,46 Вт.

3. Потери тепла через потолок.

Площадь потолочной поверхности равна площади пола S = 80 м2.

Определяя теплосопротивление потолка, в данном случае не берут во внимание деревянные щиты: они закреплены с зазорами и не являются барьером для холода. Тепловое сопротивление потолка совпадает с соответствующим параметром утеплителя: R пот. = R утепл. = 0,15/0,041 = 3,766 м2*°C/Вт.

Величина теплопотерь сквозь потолок: Q пот. = 80*46/3,66 = 1005,46 Вт.

4. Теплопотери через окна.

Площадь остекления: S = 4*1,2*1 = 4,8 м2.

Для изготовления окон использован трехкамерный ПВХ профиль (занимает 10 % площади окна), а также двухкамерный стеклопакет с толщиной стекол 4 мм и расстоянием между стеклами 16 мм. Среди технических характеристик производитель указал тепловые сопротивления стеклопакета (R ст.п. = 0,4 м2*°C/Вт) и профиля (R проф. = 0,6 м2*°C/Вт). Учитывая размерную долю каждого конструктивного элемента, определяют среднее теплосопротивление окна:

• R ок. = (R ст.п.*90 + R проф.*10)/100 = (0,4*90 + 0,6*10)/100 = 0,42 м2*°C/Вт.
• На базе вычисленного результата считаются теплопотери через окна: Q ок. = 4,8*46/0,42 = 525,71 Вт.

5. Дверь.

Площадь двери S = 0,9*2 = 1,8 м2. Тепловое сопротивление R дв. = 0,05/0,14 = 0,36 м2*°C/Вт, а Q дв. = 1,8*46/0,36 = 230 Вт.

Итоговая сумма теплопотерь дома составляет: Q = 4856,20 Вт + 738,46 Вт + 1005,46 Вт + 525,71 Вт + 230 Вт = 7355,83 Вт. С учетом инфильтрации (10 %) потери увеличиваются: 7355,83*1,1 = 8091,41 Вт.

Чтобы безошибочно посчитать, сколько тепла теряет здание, используют онлайн калькулятор теплопотерь. Это компьютерная программа, в которую вводятся не только перечисленные выше данные, но и различные дополнительные факторы, влияющие на результат. Преимуществом калькулятора является не только точность расчетов, но и обширная база справочных данных.

Дата: 5 июля 2016

Как рассчитать теплопотери в доме [Формула теплопотерь]

Перед тем, как выбрать конкретную систему теплого пола для своего дома, необходимо провести энергоаудит. Это отличный способ точно определить области, в которых происходит потеря тепла, и получить профессиональные рекомендации по наиболее эффективному способу ее устранения.

Чтобы выбрать правильную систему, вам необходимо знать, сколько БТЕ (британских тепловых единиц) требуется для замены тепла, уходящего из вашего дома через стены и другие поверхности. Он определяется путем расчета тепловой нагрузки, который состоит из расчета поверхностных тепловых потерь и тепловых потерь из-за инфильтрации воздуха.

Эта статья будет служить нетехническим руководством к тому, что происходит во время энергоаудита и как производятся расчеты.

Для заключительного аудита рекомендуется пригласить подрядчика или системного разработчика, однако вы можете подготовиться к энергоаудиту, загерметизировав очевидные утечки вокруг окон и дверей и выяснив места, где требуется теплоизоляция.

6 шагов для расчета теплопотерь

1. Определение расчетной температуры

Первым шагом является определение разницы между идеальной температурой внутри вашего дома и средней температурой, ниже которой в вашем географическом регионе никогда не бывает зимой. Результат этого расчета будет называться Дельта Т. Если расчетная температура внутри вашего дома составляет около 68 градусов, а средняя зимняя температура снаружи равна 40, то Дельта Т = 28 градусов, что является разницей между ними.

2. Вычислите площадь поверхности

Площадь поверхности или площадь стены дома будет равна общей длине наружных стен x высоте этих стен минус квадратные метры дверей и окон в этой стене. Потери тепла через двери и окна следует рассчитывать отдельно. Если длина вашей внешней стены составляет 25 футов, а высота стены — 8 футов, то площадь поверхности будет 25 футов x 8 футов = 200 квадратных футов. Если бы в стенах было 36 квадратных футов окон и дверей, расчет площади поверхности был бы 200 — 36 = 164 квадратных фута.

3. Рассчитайте R-значение и U-значение

R-значение стены будет основано на изоляции в стене. Неизолированная жилая стена 2 × 4 будет иметь значение R 4, в то время как та же стена с изоляцией, одобренной нормами, будет иметь значение R 14,3. Чтобы получить значение U, разделите значение R на 1. Значение U в этом примере будет равно 0,07.

4. Расчет поверхностных тепловых потерь

Тепловые потери в стене измеряются в БТЕ и формула представляет собой значение U x площадь стены x дельта Т. В нашем примере это будет: 0,07 x 164 x 28 = 321,44 БТЕ·ч. (Британские тепловые единицы в час). Это количество тепла, которое уходит через наружные стены в зависимости от количества изоляции в них. Другой расчет внутренней поверхности предназначен для потолка. Типовой изоляцией потолка будет R-19.который имеет значение U 0,53. Это приводит к потере 5 565 БТЕ в час.

Чтобы рассчитать потери тепла окнами и дверями, вам нужно будет подставить их значения U в эту формулу и прибавить к сумме. Например, дверь из цельного дерева со значением R, равным 4, будет иметь значение U, равное 0,25. Формула будет выглядеть так: 0,25 x 21 (3’x7’) x 28 = 147 потерь БТЕ в час через одну дверь. Окно размером 3×5 футов со значением U 0,65 будет терять 273 БТЕ в час.

5. Расчет тепловых потерь при инфильтрации воздуха

Тепловые потери при инфильтрации воздуха – это неконтролируемые потери тепла через швы в конструкции и щели вокруг дверей и окон. На эту цифру влияют ветер и перепады давления между внешней и внутренней частью дома, которые заставляют воздух перемещаться внутри дома, тем самым вызывая потери тепла, когда этот воздух выходит из комнаты. Формула: Объем помещения x Дельта T x Обмен воздуха в час x 0,018. В нашем примере мы предположим, что высота комнаты составляет 25 x 15 x 8 футов. Это дает нам объем комнаты 3000 кубических футов. Подставляя это в формулу, мы видим: 3000 x 28 x 4 x 0,018 = 6048 BTUH.

6. Расчет суммарных теплопотерь

Суммарные теплопотери стен определяются суммированием теплопотерь стен, окон, дверей и потолка: (стены) 321,44 + (окно) 273 + (дверь) 147 + (потолок) 5565 = (Общие тепловые потери стены) 6 306,44 БТЕ·ч.

Общие потери тепла получаются путем прибавления к этой цифре потерь тепла при инфильтрации воздуха:

6 306,44 + 6 048 = 12 354,44 БТЕ в час потерь, которые должны быть обеспечены системой отопления для поддержания внутренней температуры 68 градусов.

Всегда работайте с опытным специалистом

Компании, специализирующиеся на энергетическом моделировании или энергетическом аудите, имеют опытных технических специалистов, которые используют новейшие технологии для выявления точек потери тепла, а также проникновения воздуха и влаги. Выявление этих областей часто невозможно с помощью визуального осмотра, поскольку они скрыты под полом, за стенами и над потолком. Именно поэтому настоятельно рекомендуется обратиться в профессиональную компанию для проведения проверки.

Используйте теплый пол для эффективного обогрева дома

Ничто так не удобно, как теплый пол, касающийся холодных ног зимой, а электрический теплый пол является идеальной системой для дополнительного обогрева помещения или всего дома. Системы подогрева пола нагреваются за считанные минуты, а не часы, что экономит ваши деньги и энергию. Наши системы одобрены UL и обеспечивают мягкий, равномерный нагрев поверхности пола, предотвращая появление горячих и холодных точек в помещении и оставляя температуру воздуха ниже, чем при других традиционных методах обогрева.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить бесплатное предложение, и позвольте нам помочь вам решить ваши проблемы с потерями тепла с помощью электрического обогрева пола.

Как рассчитать потери тепла

Опубликовано 2 января 2015 г. |

Вы когда-нибудь задумывались, как рассчитать потери тепла? В этой статье, опубликованной в журнале Process Heating, рассматриваются основные принципы теплопередачи, а также расчеты, используемые для труб и сосудов. Подробнее здесь.

На рис. 1 (ниже) показан вид в разрезе типичной системы трубопроводов. Он состоит из трубы, изоляции, атмосферостойкого барьера и зазоров между каждым слоем. Если труба и ее содержимое теплее окружающей среды, тепло будет передаваться от трубы к воздуху. Если из трубы отводится достаточное количество тепла, содержимое трубы может загустеть или затвердеть, что приведет к повреждению труб или насосного оборудования. Тепло переходит от одного объекта к другому почти так же, как вода. Объекты с неодинаковыми температурами в тепловой системе стремятся к тепловому равновесию. Более горячий объект передает часть своего тепла более холодному объекту до тех пор, пока они не станут одинаковой температуры. Тепло может передаваться теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Проводимость

Проводимость определяется как передача тепла или электричества через проводящую среду посредством прямого контакта. Скорость теплопередачи зависит от того, какое сопротивление существует между объектами с разной температурой. Во многих случаях желателен перенос тепла от одной среды к другой. Приготовление пищи — это повседневный пример преднамеренной теплопередачи. Кроме того, большинство электронных компонентов работают более эффективно, если избыточное тепло, выделяемое оборудованием, рассеивается в среде, на которую не оказывает неблагоприятного воздействия добавление тепла.

То, действует ли вещество как теплопроводник или изолятор, зависит от терморезистивных свойств вещества. Термическое сопротивление (R) — это мера способности объекта задерживать теплопередачу путем проводимости через заданную толщину вещества.

Математически R равно: R = L/k, где L — толщина изоляции в дюймах, а k — теплопроводность, (БТЕ)(дюймы)/(фут2)(oF)(ч)

Изменение толщины (L) влияет на значение R или тепловое сопротивление изоляции. Значения K — это константы, характерные для физических свойств данного материала. Они измеряют способность материала передавать тепло. Некоторые общие значения K, измеренные при комнатной температуре, для материалов составляют 325,300 для стали, 2750,700 для меди, 0,250 для стекловолокна и 0,167 для воздуха. Новый призыв к действию

Конвекция

Потери на конвекцию можно увидеть в системе без обширных расчетов, которые пренебрежимо малы. В любой системе трубопроводов между поверхностью стены и изоляцией существуют небольшие воздушные зазоры. Воздушные зазоры обычно небольшие — менее одной десятой дюйма — и предотвращают поток воздуха, который ограничивает конвекцию. Хотя небольшие воздушные зазоры не влияют на потери тепла за счет конвекции, необходимо проанализировать их тепловые сопротивления, чтобы определить вклад в потери тепла в системе за счет теплопроводности.
Для иллюстрации предположим, что труба, показанная на рисунке 1, состоит из 1-дюймовой изоляции из стекловолокна, а воздушный зазор между стенкой трубы и изоляцией составляет 0,05 дюйма. Используя уравнение значения R, можно рассчитать сопротивление изоляции и воздушного зазора. Соотношение двух сопротивлений указывает на то, что изоляция оказывает наибольшее влияние на общее тепловое сопротивление, а незначительные дефекты при нанесении изоляции минимальны.

Процентное сопротивление из-за воздушного зазора составляет 0,299, деленное на 4,29.9, или 6,95%.

Радиация

Лучистая потеря тепла происходит в результате того, что молекулы с высокой энергией передают тепло посредством волн или частиц. Для того чтобы происходили значительные потери тепла из-за излучения, более горячая поверхность должна иметь температуру значительно выше температуры окружающей среды, т. е. намного выше, чем наблюдается в типичных системах обогрева. Поэтому потерями тепла от излучения можно пренебречь.
В практических приложениях с низкими и средними температурами конвекция и излучение составляют около 10 процентов от общих потерь тепла в системе. Прибавив 10 процентов, можно рассчитать общую формулу для расчета тепловых потерь системы за счет теплопроводности, конвекции и излучения.

Расчет тепловых потерь на плоской поверхности

Термин «теплопотери» обычно относится к теплопередаче объекта в окружающую среду. Это означает, что рассматриваемый объект — например, стена — имеет температуру выше температуры окружающей среды (рис. 2). Математически формула для расчета тепловых потерь системы за счет теплопроводности, выраженная в БТЕ/час, выглядит следующим образом:

Q = (У)(А)(Т)

где U — проводимость, БТЕ/(фут ² )( ^или F)(час)

A — площадь поверхности объекта, футы ²
ΔT — разность температур (T1-T2), ^o F
Проводимость — величина, обратная сопротивлению, R, и может быть выражена как U = 1/R или U = к/л.