Jak určit součinitel prostupu tepla stěnou?

Součinitel prostupu tepla obvodové konstrukce je určen vzorcem 3.13:

pro vnější stěnu K = 0,281 W/(m 2  o C) (viz odstavec 3.2)

pro podkrovní podlahu K=1/4,66=0,215 W/(m 2  o C), viz tabulka 3.3

pro podlahy nad suterénem K=1/4,66=0,215 W/(m 2  o C), viz tabulka 3.3

pro okna K = 1 / 0,52 = 1,923 W/(m 2  o C)

pro dvoukřídlé venkovní dveře K = 2,3 W/(m 2  o C)

pro jednoduché venkovní dveře K = 2,9 = 0,478 W/(m 2  o C)

pro poklop do podkroví K = 4,6 W/(m 2  o C)

pro vnitřní stěny v suterénu K = 0,281 W/(m 2  o C)

pro nezateplenou podlahu na zemi: 1. zóna – 0,48 W/(m 2  o C), 2. zóna – 0,23 W/(m 2  o C), 3. zóna – 0,12 W /(m 2  o C), 4. zóna – 0,07 W/(m 2  o C)

4. STANOVENÍ TEPELNÉHO VÝKONU TOPNÉ SOUSTAVY

Místnosti číslujeme trojciferným číslem (první číslice je patro, druhá a třetí je číslo pokoje) z levého horního rohu budovy a poté ve směru hodinových ručiček.

Tepelný výkon topného systému je určen pro každou místnost:

Q_TP – tepelné ztráty obvodovými konstrukcemi, W;

Q _I(B) – větší hodnota spotřeby tepla na ohřev vzduchu vstupujícího infiltracíQ_Иnebo nutné kompenzovat normalizovaný přirozený výfuk z prostor bytuQ_В, W;

Q_И – tepelné ztráty pro ohřev infiltrovaného vzduchu, W;

Q_В – tepelné ztráty pro ohřev větracího vzduchu, W;

Q_Б– odvod tepla z domácnosti do místnosti, W.

4.1 Výpočet tepelných ztrát obvodovými pláštěmi budov

Tepelné ztráty obvodovým pláštěm budovy, jehož rozdíl teplot vzduchu na obou stranách je větší než 3 o C, zjistíme pomocí vzorce 4.1:

К– součinitel prostupu tepla samostatné obvodové konstrukce,

t_H– odhadovaná teplota chladného období roku (t_H5) při výpočtu tepelných ztrát vnějšími ploty nebo teploty chladnější místnosti při výpočtu tepelných ztrát vnitřními ploty;

t_B– přijato podle tabulky 2.2;

A – plocha plotu, m2;

 – koeficient zohledňující dodatečné ztráty, braný jako zlomek hlavních tepelných ztrát. Dodatečné tepelné ztráty pro orientaci vnějších stěn, oken a dveří ve zlomcích hlavních se odebírají v závislosti na orientaci:

sever, severovýchod, severozápad – 0,1,

západ a jihovýchod – 0,05,

jihozápad a jih – 0.

Dodatečné tepelné ztráty spojené se vstupem studeného vzduchu venkovními dveřmi jsou odebírány ve výši 0,27N pro dvoukřídlé dveře se zádveřím mezi nimi a 0,22N pro jednokřídlé dveře, kde H je výška budovy od úrovně terénu po ústí větrací šachty, N = 1 + 3 + 3 + 0,5 + 3,6 = 11,1 m.

Výpočet tepelných ztrát shrnuje tabulka 4.1.

4.2 Spotřeba tepla na ohřev infiltrovaného vzduchu

Spotřeba teplaQ_Иpro ohřev hlavně přiváděného vzduchu

přes zaplnění světelných otvorů, W, se vypočítají podle vzorce 4.2:

с = 1,005 kJ / (kg о С) – hmotnostní tepelná kapacita vzduchu,

k = 1 – koeficient zohledňující dohřev vzduchu protiproudem tepla;

А – plocha všech oken do místnosti, m2,

G– množství vzduchu vstupujícího do místnosti za hodinu skrz 1 m 2 okna, kg/m 2 h, určené podle vzorce 4.3:

R_и= 0,44 m 2 hPa/kg – odpor vzduchové propustnosti okna (viz odstavec 3.4),

Δp_i– vypočítaný tlakový rozdíl, který je dostatečný

přesnost se vypočítá pomocí vzorce 4.4:

∆p = 9.81(H – h_i)  (ρ_н – ρ_в) + 0.5 ρ_нV_в 2  (e_e,P – e_e,R) k_i – P_ei (4.4)

H = 11,1 m – výška budovy od úrovně průměrné plánovací úrovně terénu po ústí šachty (viz odstavec 4.1);

h_i – odhadovaná výška od úrovně terénu k horní části oken, balkónových dveří, dveří, vrat, otvorů nebo k ose vodorovných nebo středů svislých spojů stěnových panelů příslušného podlaží, m;

V=V_В = 5,9 m/s – rychlost větru rovna V_В z tabulky 2.1;

ρ_н = 1,509 kg/m3, ρ_в = 1,205 kg/m 3 – hustota venkovního vzduchu a vnitřního vzduchu, viz bod 3.4.

с_e,P, s_e,R – aerodynamické součinitele pro návětrné a závětrné plochy oplocení budov podle [6] a v tomto případě jsou rovny 0,8 a 0,6.

k_i – koeficient pro zohlednění změn tlaku rychlosti větru v závislosti na výšce uvažovaného podlaží budovy nad úrovní terénu, přijatý podle [6]; u nízkopodlažních budov lze vzít k_i = 0,65.

P_ei – vypočtená tlaková ztráta v přirozeném výfukovém systému, která se rovná vypočtenému přirozenému tlaku Pa

p_ei = 9.81 ΔH_i  (ρ_S – ρ_B) (4.5)

ΔH_i – výškový rozdíl mezi ústím výfukového hřídele a středem výfukové mřížky, m.

ρ_S – hustota vzduchu při teplotě 5 °C, stanovená podle vzorce 3.12:

ρ_s= 353 / (273 + 5) = 1,27 kg/m3

Výpočet spotřeby tepla na ohřev infiltrovaného vzduchu je uveden ve formě tabulky 4.2.

kde i je sériové číslo stěny;

n – počet vrstev.

Ekvivalentní koeficient tepelné vodivosti vícevrstvé stěny se určí z výrazu:

Teplota na rozhraní mezi vrstvami se určí z následujícího výrazu:

kde je převzat z referenční knihy.

Jelikož je tepelná izolace vícevrstvá, primární vrstva je ohnivzdorná, druhá a třetí jsou tepelně vodivé, proto se tepelné ztráty do okolí určí z rovnice (3.6)

příklad: Jedna vrstva 250 mm, , . Určete teplotu ve středu stěny, pokud je součinitel tepelné vodivosti roven .

3.3 Prostup tepla plochou jednovrstvou stěnou za okrajových podmínek typu III

Přenos tepla je proces výměny tepla mezi dvěma médii (chladicími kapalinami) oddělenými stěnou (přepážkou). V tomto případě jsou za okrajových podmínek třetího druhu specifikovány teploty chladicího média, součinitele prostupu tepla mezi horkým médiem a stěnou a mezi stěnou a studeným médiem, tzn. je specifikován zákon přenosu tepla. Dále je uveden součinitel tepelné vodivosti a tloušťka stěny δ.

Je potřeba zjistit hustotu tepelného toku, tepelný tok a povrchovou teplotu stěny.

Podle Newton-Richmannova zákona je hustota tepelného toku mezi horkým médiem a povrchem stěny:

Podle Fourierova zákona je stejný tok přenášen tepelnou vodivostí:

Stejný tepelný tok se podle Newton-Richmannova zákona přenáší z vnějšího povrchu stěny do chladného prostředí:

Vyjádřením teplotních rozdílů z těchto rovnic a jejich sečtením nakonec získáme výraz pro hustotu tepelného toku q:

K je součinitel prostupu tepla plochou jednovrstvou homogenní stěnou. Představuje množství tepla přeneseného za jednotku času přes jednotku povrchu, když je teplotní rozdíl mezi médii jeden stupeň. Hodnoty součinitelů prostupu tepla pro různé druhy prostupu tepla budou uvedeny v tabulce v části prostup tepla konvekcí. Součinitel prostupu tepla je vždy menší než menší α. Aby se zvýšil přenos tepla, je nutné zvětšit menší α.

Převrácená hodnota součinitele prostupu tepla je celkový tepelný odpor prostupu tepla:

kde je tepelný odpor přenosu tepla ze strany horké kapaliny;

– tepelný odpor stěny (čím menší , tím vyšší);

– tepelný odpor prostupu tepla ze stěny do chladného prostředí. .

Celkové množství tepla přeneseného stěnou za čas τ

Koeficient prostupu tepla není termofyzikální koeficient, není v referenčních knihách. Vypočítá se pomocí vzorce (3.11).

Z (3.9) je snadné najít teploty teplých a studených stěn:

3.4 Prostup tepla vícevrstvou plochou stěnou za okrajových podmínek typu III

Nechť jsou uvedeny teploty média a , součinitele prostupu tepla a (zákon prostupu tepla), součinitele tepelné vodivosti a , tloušťka vrstvy stěny a .

Podobně jako ve vzorci (3.9) napište rovnici pro zachování hustoty tepelného toku q, vyjadřující teplotní rozdíl a výsledné výrazy pro hustotu tepelného toku přidejte po členech.

Z rovnice (3.16), určující hustotu tepelného toku, zjistíme teploty na povrchu stěn , a teploty na hranicích vrstev , .