Теплотехнический расчет наружной стены онлайн: Теплотехнический расчет онлайн

Содержание

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 ограждающих конструкций онлайн

Теплотехнический расчет выполняют для достижения нормативных величин согласно ДБН В.2.6-31:2006 для Украины, ISO 13370:2007 для стран Европы и СНиП 41-03-2003 для России. Это очень важный момент при начале любом строительства – многоэтажный жилой дом, административное здание либо собственный дом.

Многие строят по старинке “кирпич – воздушная прослойка – кирпич” и не задумываются о расходах на отоплении дома, ведь если хорошо утеплить дом, вы будете меньше платить за отопление. Конечно, вам нужно сначала вложить «кругленькую» сумму в утепление дома, но это лучше чем положить деньги на депозит в банк, с учетом ежегодной инфляции 20%. Причем утепление дома можно разбить на очереди, кроме утепления пола, который перед заливкой бетоном нужно утеплить. Рассмотрим пример постройки дома размером 10 на 11 метров и высотой 6 метров. Стандартное утепление, исходя из практики строительства частных коттеджей в Украине :

стены – 240 мм кирпич (черновая кладка), воздушная прослойка – 100 мм, фасадный кирпич – 120 мм;
Крыша или перекрытие верхнего этажа 200-300 мм – конструктив, 100 мм утеплителя;
Пол – 300 мм бетона, керамзит – 20 мм, утеплитель – 30 мм;
Окна – 1 камерные с воздухом.

В начале проектирования системы отопления дома – выполняется теплотехнический расчет ограждающих конструкций, упрощенный теплотехнический расчет онлайн показан ниже. Для нашего примера количество тепловой энергии необходимое для системы отопления дома будет 26,5 кВт

Давайте утеплим дом согласно требованиям ДБН В.2.6-31:2006. Итак после выбора утеплителя и строго придерживаясь требований ДБН получаем : утеплитель для стен – 160 мм, для верхнего перекрытия или крыши – 290 мм, пол – 175 мм. Выполняем теплотехнический расчет онлайн – теперь нам необходимо 13,4 кВт. К примеру, стандартное утепление для северной части Европы для стен – 200 мм, для крыши – 400 мм. Другими словами вы делаете термос, в котором вода очень долго остывает, а в нашейм случае дом больше времени держит тепло. Количество тепловой энергии, которое вы будете потреблять системой отопления, можете самостоятельно рассчитать онлайн нашим приложением.

Хотите заказать проект системы отопления дома перейдите по ссылке.

Стоимость и пример результата расширенного теплотехнического расчета онлайн ограждающих конструкций для проектировщиков, входящий в состав проектной документации в развел “ОВ” (отопление и вентиляции). Оплатить можно при помощи , а также по безналичному расчету.

Возникли вопросы звоните +38(044)331-2057, +38(067)467-5677

Стены дома из газобетона

Теплотехнический расчет толщины стены из газобетона по нормируемому сопротивления теплопередаче по составляющей “А”: Сопротивление теплопередаче наружной стены из газобетонных блоков определенной толщины. Приведенное сопротивление теплопередаче (R0, м2×°С/Вт) наружных стен из газобетона следует принимать не менее нормируемых значений (Rreq, м2×°С/Вт), определяемых по нижеприведенной таблице в зависимости от градусо-суток (Dd) района строительства [пункт 5.3 СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий].

Таблица. Нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (наружных стен) жилых зданий*

Градусо-сутки отопительного периода, D_d °C сут	Пример региона России	*Нормируемые значения сопротивления теплопередаче, R_req* м²°C/Вт, не менее чем:**
Градусо-сутки отопительного периода, D_d °C сут	Пример региона России	Cтены	Перекрытия чердачные и над неотапливаемыми подпольями	Окна и балконные двери
2000	Астраханская обл. , Ставропольский край	2,1	2,8	0,3
4000	Белгородская обл., Волгоградская обл.	2,8	3,7	0,45
6000	Алтай, Красноярский край, Москва, Санкт Петербург	3,5	4,6	0,6
8000	Магаданская обл.	4,2	5,5	0,7
10000	Чукотка	4,9	6,4	0,75
12000	н/д	5,6	7,3	0,8
Коэфф. а		0,00035	0,00045
Коэфф. b		1,4	1,9

* Таблица составлена по данным Таблицы 4 СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий”.

Значения нормируемого сопротивления теплопередаче (R_req) для величин градусо-суток (D_d), отличающихся от приведенных в таблице выше ориентировочных значений можно определить по формуле:

R_req = коэфф. a х D_d + коэфф b,
где D_d – градусо-сутки отопительного периода, (°С×сут), для конкретного населенного пункта.

Чтобы узнать нормативные значения градусо-суток отопительного периода обратимся к таблицам из справочного пособия к СНиП 23-01-99 «Строительная климатология». Величина градусо-суток может значительно отличаться в зависимости от требований к средней внутренней поддерживаемой температуре внутренних помещений:

Таблица. Распределение регионов РФ по климатическим характеристикам (градусо-суткам отопительного периода, D_d )

Градусо-сутки отопительного периода, D_d °C сут	Регионы России
2300–3500	Адыгея, Краснодарский край, Дагестан, Карачаево-Черкесия, Калмыкия, Кабардино-Балкария, Чечня, Ингушетия, Астраханская область, Ставропольский край, Ростовская область, Калининградская область.
3900–4500	Белгородская область, Брянская область, Волгоградская область, Воронежская область, Курская область, Липецкая область, Орловская область, Смоленская область, Тамбовская область, Приморский край
4500–4900	Владимирская область, Мордовия, Ивановская область, Калужская область, Ленинградская область, Москва, Московская область, Новгородская область, Пензенская область, Рязанская область, Саратовская область, Санкт-Петербург, Тверская область, Тульская область.
5000–5300	Башкортостан, Вологодская область, Карелия, Марий Эл, Камчатка, Костромская область, Нижегородская область, Оренбургская область, Пермская область, Сахалинская область, Татарстан, Ульяновская область, Челябинская область, Чувашия
5350–5900	Алтайский край, Архангельская область, Кировская область, Республика Коми, Коми-Пермяцкий АО, Корякский АО, Красноярский край, Удмуртия, Курганская область, Свердловская область, Хабаровский край
5970–6700	Республика Алтай, Амурская область, Бурятия, Еврейская АО, Иркутская область, Кемеровская область, Мурманская область, Новосибирская область, Омская область, Томская область, Хакасия, Ханты-Мансийский АО
6800–9960	Агинско-Бурятский АО, Магаданская область, Ненецкий АО, Таймыр, Тыва, Тюменская область, Чукотка, Усть-Ордынский АО, Эвенкийский АО, Якутия, Ямало-Ненецкий АО

Более точные значения градусо-суток отопительного периода для городов России приведены в таблице 4. 1 Справочного пособия к СНиП 23-01-99* Москва, 2006

Таким образом, вы можете планировать различную среднюю температуру во внутренних помещениях и, исходя из нее, планировать величину тепловой защиты зданий. Следует помнить, что в жилых комнатах здания в холодное время года оптимальная температура составляет 20-22 °С (допустимая 18-24°С), в жилых комнатах домов в районах с наружными температурами наиболее холодной пятидневки ниже – 31°С оптимальная температура составляет 21-23 °С (допустимая 20-22°С). На кухнях и в санузлах: 19-21°С (допустимая 18-26°С). [Таблица 2.1 Справочного пособия к СНиП 23-01-99*]

Пример 1: Требуется определить нормируемое сопротивление теплопередаче стен (R_req) дома для постоянного проживания в городе Тамбове, если достаточно экономный владелец дома планирует поддерживать среднюю температуру во внутренних жилых помещениях в холодное время года не выше + 20°С.
Определим нормируемое сопротивление теплопередаче по формуле:
R_req = коэфф. a х D_d + коэфф b. Коэфф а = 0,00035, коэфф. b = 1,4, D_d для Т+ 20°С Тамбова = 4800 °С×сут

Подставляем значения в формулу: R_req= 0,00035 x 4800 + 1,4 = 3,08 м²°C/Вт
Посмотрим как изменится значение нормируемое сопротивление теплопередаче для стен из газобетона при задаче поддерживать в холодное время года температуру + 22°С (D_d для Т+ 22°С Тамбова = 5200 °С×сут): R_req= 0,00035 x 5200 + 1,4 = 3,22 м²°C/Вт.

Рассмотрим пример для Москвы для различных планируемых температур внутренних помещений в холодное время года:
Для температуры +14°C (гараж, мастерская): R_req= 0,00035 x 3700 + 1,4 = 2,7 м²°C/Вт
Для температуры +20°C: R_req= 0,00035 x 4900 + 1,4 = 3,1 м²°C/Вт
Для температуры +22°C: R_req= 0,00035 x 5400 + 1,4 = 3,29 м²°C/Вт
Для температуры +24°C: R_req= 0,00035 x 5800 + 1,4 = 3,43 м²°C/Вт

Для определения необходимой толщины газобетонной стены для выполнения требований СНиП 23-02-2003 по нормируемому сопротивлению теплопередаче для стен необходимо располагать данными о коэффициенте теплопроводности блоков автоклавного газобетона различных марок по плотности.

Таблица. Коэффициент теплопроводности ячеистых бетонов при равновесной влажности*

Марка ячеистых бетонов по средней плотности	Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м∙°С), при равновесной весовой влажности W
Марка ячеистых бетонов по средней плотности	4%	5%
D200	0,056	0,059
D250	0,070	0,073
D300	0,084	0,088
D350	0,099	0,103
D400	0,113	0,117
D450	0,127	0,132
D500	0,141	0,147
D600	0,160	0,183
D700	0,199	0,208
D800	0,223	0,232
D900	0,258	0,269
D1000	0,282	0,293
D1100	0,305	0,318
D1200	0,329	0,342

* По данным таблицы А1 ГОСТ 31359-2007 “Бетоны ячеистые автоклавного твердения”. Равновесная влажность устанавливается через 1-2 года после завершения постройки дома.

Зная коэффициент теплопроводности определенной марки газобетона можно установить требуемую толщину стены по формуле:
Толщина стены = R (нормируемое для данного региона строительства тепловое сопротивление строительной конструкции) х λ (коэффициент теплопроводности стенового материала).

Пример расчета минимальной толщины стены из газобетона для загородного дома из автоклавного газобетона марки по плотности D500 с теплопроводностью в реальных условиях равновесной влажности 0,12 Вт/м°С (данные производителя) в Москве с планируемой температурой во внутренних помещениях в холодное время года +22°С.

Находим нормируемое сопротивление теплопередаче для стен дома в Москве для температуры +22°C: R_req= 0,00035 x 5400 + 1,4 = 3,29 м²°C/Вт
Определяем по таблице коэффициент теплопроводности λ для газобетона марки D500 при влажности 5% = 0,147 Вт/м∙°С.
Определяем требуемую толщину стены из газобетона марки D500: Толщина стены = R x λ = 3,29 м²°C/Вт x 0,147 Вт/м∙°С = 0,48 м или 48 см

Получается, что для обеспечения нормируемого сопротивления теплопередаче для стен дома в Москве потребуется класть стену из автоклавного газобетона марки по плотности D500 толщиной 50 см.
Можно существенно (до 20% кубатуры стен из газобетона) сэкономить, если использовать вместо конструкционно-теплоизоляционного газобетона марки D500 близкий или равный по прочности на сжатие (B2,0 против B2,0 или B2,5), но менее плотный конструкционно-теплоизоляционный газобетон марки D400 с более низким коэффициентом теплопроводности. Рассмотрим следующий пример с газобетоном более низкой плотности:

Находим нормируемое сопротивление теплопередаче для стен дома в Москве для температуры +22°C: R_req= 0,00035 x 5400 + 1,4 = 3,29 м²°C/Вт
Определяем по таблице коэффициент теплопроводности λ для газобетона марки D400 при влажности 5% = 0,147 Вт/м∙°С.
Определяем требуемую толщину стены из газобетона марки D400: Толщина стены = R x λ = 3,29 м²°C/Вт x 0,117 Вт/м∙°С = 0,38 м или 38 см.

На этой веселой и радостной ноте завершается большинство рекомендаций по выбору толщины стены из автоклавного газобетона в пособиях и рекомендациях производителей и поставщиков газобетона. Но о чем же они чаще всего умалчивают? Производители в своих рекомендациях умалчивают о двух важных вещах:

Стены вашего дома будут состоять не из монолитного куска автоклавного газобетона без швов, а из кладки блоков со швами. А коэффициент теплопроводности стены в целом будет выше, чем у отдельных блоков, так как в кладке будут присутствовать мостики холода из раствора или клея. Любые теплотехнически неоднородные сквозные или несквозные включения наружных ограждающих конструкций (стальные уголки, армпояса, надпроемные балки, железобетонные каркасы) увеличат показатели теплопроводности стены.
Не обязательно достигать нормируемого сопротивления теплопередаче стены увеличением толщины самой газобетонной стены (Хотя зачастую продавцы газобетона вас будут убеждать поступать именно так: им нужно продать вам как можно больше своей продукции). Однако мы можем использовать двухслойные или трехслойные стены с утеплителем из паропроницаемой базальтовой ваты, кубический метр которой стоит значительно дешевле кубического метра газобетона, а коэффициент теплопроводности базальтовой ваты значительно ниже, чем у газобетонной кладки. Пункт 8.11 СП 23-101-2004 “Проектирование тепловой защиты зданий” рекомендует использовать утеплитель толщиной не менее 50 мм. Соотношение толщины наружного утеплителя и толщины стены должно быть не менее 1:1,25.

Поэтому мы переходим к рассмотрению вопроса, как на самом деле обстоят дела с теплопроводностью кладки из газобетона и как сэкономить на материалах, не проиграв в тепловой защите дома.

Расчет температуры наружной поверхности стены для заданного теплового потока

Температура внешней поверхности стены для заданного теплового потока Формула

external_surface_temperature = Температура внутренней поверхности – ((Скорость теплового потока * Длина) / (Теплопроводность * Площадь))
К = Ti – ((Q * L) / (k * A))

Что такое скорость теплового потока?

Скорость теплового потока – это количество тепла, которое передается в единицу времени некоторым материалом, обычно измеряется в ваттах. Тепло – это поток тепловой энергии, вызванный тепловым неравновесием,

Как рассчитать температуру внешней поверхности стены для заданного расхода тепла?

Температура внешней поверхности стены для данного расчета расхода тепла использует external_surface_temperature = Температура внутренней поверхности – ((Скорость теплового потока * Длина) / (Теплопроводность * Площадь)) для расчета температуры внешней поверхности, Температура внешней поверхности Стенка для данной формулы расхода тепла определяется как достигнутая температура внешней поверхности стены, когда тепло течет с заданной скоростью через площадь стены заданной длины.Температура внешней поверхности обозначается символом от до .

Как рассчитать температуру внешней поверхности стены для заданного теплового потока с помощью этого онлайн-калькулятора? Чтобы использовать этот онлайн-калькулятор для измерения температуры внешней поверхности стены для заданного расхода тепла, введите температуру внутренней поверхности (Ti) , скорость теплового потока (Q) , длину (L) , теплопроводность (k ) и Area (A) и нажмите кнопку вычислить. Вот как можно объяснить температуру внешней поверхности стены для данного расчета расхода тепла с заданными входными значениями -> 0,994 = 1 – ((1 * 3) / (10 * 50)) .

Теплопередача | Экзаменационные инструменты PE для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Проводимость

Три режима теплопередачи: (1) теплопроводность, (2) конвекция и (3) излучение. После этого обсуждения в этом разделе будет рассмотрено основное применение концепций теплопередачи в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и охлаждения, а именно расчет нагрузки на охлаждение и нагрев.Еще одно важное применение теплопередачи – теплообменники, которые будут обсуждаться в этом разделе и в разделе «Механические системы». Наконец, обсуждается определение требований к изоляции. Определение требований к изоляции – важный практический навык, который может использоваться для определения необходимой изоляции труб, каналов, стен и крыш.

Электропроводность – это метод передачи тепла через среду или несколько сред, находящихся в физическом контакте из-за разницы температур.В области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и охлаждения теплопередача за счет теплопроводности обычно рассчитывается при расчетах охлаждающей нагрузки для тепловых нагрузок на стены и крышу. Формула для расчета теплопередачи за счет теплопроводности через материал выглядит следующим образом:

Теплопроводность

Теплопроводность для различных материалов можно найти в Справочнике ASHRAE – Основы.Теплопроводность – это мера того, насколько хорошо материал проводит и способствует теплопередаче. Например, металлы являются отличными проводниками и, следовательно, обладают высокой проводимостью. Алюминий имеет теплопроводность 128 БТЕ / (ч * фут *), а железо – ~ 30 БТЕ / (ч * фут *). К плохим проводникам относятся такие материалы, как дерево (пихта Дугласа –0,0833 БТЕ / (час * фут *)) и изоляционные материалы (ячеистое стекло – 0,0275 БТЕ / (час * фут *); стекловолокно – 0,0221 БТЕ / (час * фут *). 2 * ℉) ,.2 * ℉)), что означает, что для пеностекла толщиной один дюйм теплопроводность составляет 0,33.

Помимо теплопроводности, материалы также можно классифицировать по их R-значению их U-факторов, как показано ниже.

Коэффициент U / значение R

U-фактор обозначает общий коэффициент теплопередачи и отражает способность материала проводить тепло. Подобно теплопроводности, более высокое значение U-фактора имеет более высокую способность проводить и передавать тепло.U-фактор связан с теплопроводностью по следующей формуле.

Это уравнение предполагает, что U не зависит от температуры. Для экзамена это безопасное предположение.

R-Value означает термическое сопротивление и отражает способность материала сопротивляться нагреванию.Это противоположно коэффициенту U и теплопроводности, которые являются показателями способности материалов проводить тепло. Соотношение между значением R, коэффициентом теплопроводности и теплопроводностью показано в следующей формуле.

Это уравнение предполагает, что R не зависит от температуры. Для экзамена это безопасное предположение.

R-значения обычно используются в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и охлаждения для описания изоляции и материалов зданий. Например, производители изоляционных материалов предоставляют данные для своих различных продуктов, и ключевым значением, указанным в данных о продукте, является R-значение, основанное на разной толщине.

Обратите внимание на то, что единицей R-Value является 5 на 1 дюйм изоляции.Соответствующие значения R для различных дюймов толщины находятся путем простого умножения толщины в дюймах на значение R для 1 дюйма изоляции, см. Приведенное ниже уравнение.

Начинающий профессиональный инженер должен уметь рассчитывать общий коэффициент теплопередачи, U-фактор для стены, крыши, воздуховода или трубы.Метод, в котором общий коэффициент теплопередачи будет описан на этом примере стены.

Важно уметь проследить поток тепла от начала до конца этой диаграммы. (1) Первый метод передачи тепла – конвекция, теплый наружный воздух движется по внешней поверхности бетонной стены, вызывая нагрев внешней поверхности стены.Также на поверхность стены действуют радиационные нагрузки, но для простоты предполагается, что радиационных нагрузок нет. (2) Затем тепло распространяется от внешней поверхности бетонной стены к внутренней поверхности, (3) затем к внешней поверхности изоляции и через изоляцию, (4) затем к внешней поверхности гипсокартона и через доска. (5) Наконец, внешняя поверхность гипсокартона передает тепло в воздух в помещении как конвективно, так и через излучение.

Чтобы найти общий коэффициент теплопередачи, необходимо суммировать все сопротивления. По мнению автора, каждый метод теплопередачи должен быть преобразован в его эквивалентное R-значение, чтобы сделать его простым.

Конвекция

Конвекция – это второй способ передачи тепла, который определяется как передача тепла посредством движения жидкостей. В области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и охлаждения конвективный теплоперенос можно найти в системах отопления и кондиционирования воздуха, когда движущаяся жидкость проходит по поверхности с другой температурой.

Одним из наиболее распространенных примеров конвекции является естественная конвекция в здании без механической вентиляции / кондиционирования воздуха. Когда люди входят в здание, включается свет и солнце нагревает здание, воздух в здании начинает нагреваться. Теплый воздух менее плотный, чем воздух вокруг него, и начинает подниматься вверх и выходить из здания.Пустое пространство, оставшееся от теплого воздуха, затем заменяется более холодным наружным воздухом, и цикл продолжается. Этот конвективный перенос тепла за счет движения воздуха называется естественной конвекцией. Это называют естественным, потому что он не полагается на механический источник, такой как вентилятор, для перемещения воздуха.

Уравнение конвективной теплопередачи аналогично кондуктивной теплопередаче, за исключением того, что коэффициент теплопередачи или коэффициент теплопередачи заменяются коэффициентом конвективной теплопередачи. Этот коэффициент конвективной теплопередачи характеризует движущуюся жидкость, принимая во внимание ее вязкость, теплопроводность, температуру, скорость, а также характеризует поверхность, по которой движется жидкость.

Радиация

Третий и последний способ передачи тепла – излучение. Этот режим теплопередачи очень сложен и различается между теорией и применением в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и охлаждения.Теоретически приток радиационного тепла для окна типичного здания должен быть рассчитан с помощью компьютерной программы, такой как Trane Trace 700, Carrier HAP, или любой другой программы расчета нагрузки. Прирост радиационного тепла упрощается в приложении, рассчитанном вручную, и, по мнению автора, упрощенные уравнения для излучения – это то, что можно проверить во время экзамена PE. Таким образом, в этом и последующих разделах будут обсуждаться только упрощенные уравнения.

Излучение – это способ передачи тепла, при котором для передачи тепла не требуется никаких веществ. Считается, что все объекты выше абсолютного нуля излучают или испускают тепло со своей поверхности. Для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и холодильного оборудования основной приток тепла за счет излучения происходит от солнечного излучения. Тепло излучается солнцем и передается в здание за счет нагрева внешней поверхности или передачи через окна и световые люки. Эти конкретные примеры солнечного излучения описаны далее в части «Расчет охлаждающей нагрузки» этого раздела.

Теплообменники

Теплообменники – это механические устройства, предназначенные для обмена или передачи тепла от горячей жидкости к холодной.Теплообменники широко используются в сфере отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и холодоснабжения, например, конденсатор или испаритель в чиллере – это просто теплообменник. Охлаждающий или нагревательный змеевик – это теплообменник, передающий тепло от одной жидкости к другой. Приточно-вытяжная установка с охлажденной водой передает тепло от горячего воздуха к охлажденной воде.

Существует множество различных типов теплообменников, которые будут кратко рассмотрены, но сначала важно понять две классификации теплообменников: противоточные и параллельные теплообменники.Эти две классификации описывают соотношение направления потока между холодной и горячей жидкостью. Сначала это теплообменник с параллельным потоком, в этом теплообменнике холодная и горячая жидкости поступают с одного конца теплообменника. В начале теплообменника разница между холодной и горячей жидкостями большая, а в конце теплообмена разница между холодной и горячей уменьшается, см. Рисунок ниже.

Противоточный теплообменник противоположен теплообменнику с параллельным потоком.Холодная и горячая жидкости входят с противоположных концов. На рисунке ниже показан противоточный теплообменник, обратите внимание на изменение стрелок направления.

ЖУРНАЛ СРЕДНЕЙ РАЗНИЦЫ ТЕМПЕРАТУР (LMTD)

В теплообменниках без фазового перехода тепло передается от горячей жидкости к холодной через разницу температур между холодной и горячей. Однако в теплообменнике, показанном на предыдущих рисунках, разница температур между холодной и горячей текучими средами не всегда постоянна и зависит от расположения в теплообменнике. Таким образом, используется средняя логарифмическая разница температур. LMTD описывает среднюю логарифмическую разницу температур между холодной и горячей жидкостью через общий теплообменник (встречный или параллельный). LMTD нельзя использовать для теплообменников с фазовым переходом, таких как бойлер или конденсатор. Уравнение для LMTD показано ниже.

Затем LMTD используется для расчета общего количества тепла, передаваемого теплообменником, по следующему уравнению. Значение U – это коэффициент теплопередачи теплообменника, который указывается производителем теплообменника. Значение «Площадь» – это общая площадь, на которой происходит теплообмен, указанная производителем теплообменника.

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Часто в области отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и охлаждения тепловой баланс проводится на теплообменнике, чтобы показать, что баланс потерь тепла от горячей текучей среды отображается как приток тепла к холодной текучей среде. Например, охлаждающие змеевики – это теплообменники, передающие тепло от воздуха к воде. Тепловой баланс, регулирующий эту теплопередачу, будет таким, как показано ниже.

Если есть изменение фазы, то можно использовать следующее уравнение. Тепловой баланс обсуждается далее в разделах «Холодильное оборудование», «Механические системы» и «Психрометрия». По сути, тепловые балансы являются неотъемлемой частью систем отопления, вентиляции и кондиционирования и охлаждения, но, к счастью, уравнения, управляющие тепловым балансом, довольно просты.

Ключевые уравнения теплопередачи

Расчет коэффициента теплопередачи для плоских и гофрированных пластин

Во многих инженерных приложениях, связанных с сопряженной теплопередачей, таких как проектирование теплообменников и радиаторов, важно рассчитать коэффициент теплопередачи.Коэффициент теплопередачи, часто определяемый с помощью корреляций и эмпирических соотношений, дает информацию о теплопередаче между твердыми телами и жидкостями. В этом сообщении блога мы обсуждаем и демонстрируем, как программное обеспечение COMSOL Multiphysics® можно использовать для оценки коэффициента теплопередачи для геометрических форм пластин.

Что такое коэффициент теплопередачи?

Рассмотрим нагретую стенку или поверхность, по которой течет жидкость. Теплопередача в жидкости в основном регулируется конвекцией.Точно так же конвекция является основным способом переноса тепла в случае двух жидкостей (через твердую поверхность), например, в теплообменниках. Скорость, с которой происходит передача тепла в обоих случаях, определяется разницей температур и коэффициентом пропорциональности, который называется коэффициентом теплопередачи . Коэффициент теплопередачи указывает на эффективность скорости переноса тепла через область между поверхностью и жидкостью.

Математически это отношение теплового потока на стенке к разнице температур между стенкой и жидкостью; я.{\ prime \ prime} – тепловой поток, T_w – температура стенки, а T_ \ infty – характерная температура жидкости. {\ prime \ prime} = – k \ bigg (\ dfrac {\ partial T} {\ partial y} \ bigg) _ {y = 0}

Здесь k – теплопроводность жидкости, при этом производная T оценивается в жидкости.

Комбинируя уравнения (1) и (2), коэффициент теплопередачи можно рассчитать как:

(3)

h = \ dfrac {-k \ bigg (\ dfrac {\ partial T} {\ partial y} \ bigg) _ {y = 0}} {T_w {-} T_ \ infty}

Расчет коэффициента теплопередачи в COMSOL Multiphysics®

Практически сложно измерить градиент температуры у стены. Кроме того, становится важным проанализировать умный и недорогой в вычислительном отношении подход для понимания теплопередачи на стене.Поэтому обычно предпочтительны неаналитические способы расчета коэффициента теплопередачи.

Один из распространенных подходов – использование конвективных корреляций, определяемых безразмерным числом Нуссельта. Эти корреляции доступны для различных случаев, включая естественную и принудительную конвекцию, а также внутренние и внешние потоки, и дают быстрые результаты. Однако этот подход можно использовать только для правильных геометрических форм, таких как горизонтальные и вертикальные стены, цилиндры и сферы.

Когда речь идет о сложных формах, вместо этого можно рассчитать коэффициент теплопередачи, моделируя явление сопряженной теплопередачи.

Давайте теперь обсудим два разных случая и подхода:

Расчет коэффициента теплопередачи при правильной геометрии (например, горизонтальной пластине) с использованием:
- Анализ сопряженной теплопередачи
- Конвективные корреляции; т.е. без учета потока
Расчет коэффициента теплопередачи при нестандартной / сложной геометрии (например, гофрированная пластина)

Обратите внимание, что режим потока является важным фактором, поскольку коэффициент теплопередачи зависит от скорости.В обоих случаях необходимо учитывать прагматические условия, такие как быстрый поток в нагнетательной системе или в устройстве охлаждения электронного чипа. Это указывает на то, что необходимо моделировать случаи как турбулентный поток, связанный с переносом тепла.

Пример 1: Принудительная конвекция и поток мимо горизонтальной пластины

Рассмотрим ситуацию моделирования обтекания горизонтальной плоской пластины длиной 5 м, которая подвергается постоянному и однородному тепловому потоку 10 Вт / м ².Пластина помещается в воздушный поток со средней скоростью 0,5 м / с и температурой 283 К. На рисунке ниже показана схема постановки задачи, включая профили скорости и температуры для ламинарного потока внутри импульса (скажем, \ delta) и теплового пограничного слоя (\ delta {T}) соответственно.

Схемы ламинарного потока (вверху) и турбулентного потока (внизу) мимо горизонтальной пластины.

Анализ сопряженной теплопередачи

Численное решение получено в COMSOL Multiphysics с использованием интерфейса Conjugate Heat Transfer , который связывает поток жидкости и явления теплопередачи. Поле скоростей и давление вычисляются в воздушной области, а температура вычисляется в пластине и в воздушной области.

Распределение температуры внутри пластины и жидкости показано на рисунке ниже. Тепловые и импульсные пограничные слои, образующиеся внутри жидкой области, можно увидеть в области, которая идет от стенки до 2 см над пластиной.

Распределение температуры (поверхностный график), изотерма при 11 ° C (красная линия) и поле скорости (стрелки), иллюстрирующие тепловой и импульсный пограничные слои рядом с поверхностью пластины (шкала анизотропной оси).

По результатам моделирования можно оценить тепловой поток, используя соответствующую предопределенную переменную постобработки. Разделив его на разность температур (T_w-T_ \ infty), мы получим коэффициент теплопередачи (уравнение 3). Коэффициент теплопередачи вдоль пластины, полученный с помощью анализа сопряженной теплопередачи, показан на графике в следующем разделе.

Коэффициент теплопередачи на основе числовых корреляций Нуссельта

В литературе имеется корреляция числа Нуссельта для принудительной конвекции мимо плоской пластины (см. 1, например).

В этом втором подходе та же модель решается без решения для потока; то есть, используя корреляции теплопередачи. Расчетная область ограничена твердым телом (пластиной). Потери тепла от горячей пластины к холодной жидкости определяются с помощью граничного условия Heat Flux . Это граничное условие содержит возможность определения коэффициента теплопередачи с использованием предварительно определенных корреляций чисел Нуссельта, как показано ниже. Обратите внимание, что эта корреляция предопределена в COMSOL Multiphysics.

Настройки для граничного условия Heat Flux .

Только с использованием этого подхода рассчитывается распределение температуры в пластине. Из коэффициента теплопередачи, определенного в граничном условии Heat Flux , можно оценить тепловой поток на поверхности пластины, q = h \ cdot (T_ \ infty-T).

Оценка коэффициента теплопередачи

Для обоих подходов, описанных выше, можно оценить коэффициент теплопередачи вдоль пластины. На рисунке ниже сравнивается тепловой поток, оцененный с использованием двух подходов.

Сравнение коэффициента теплопередачи вдоль плоской пластины, оцененного с помощью моделирования сопряженной теплопередачи (синяя линия) и корреляции Нуссельта (зеленая линия).

Мы можем видеть, что значение, полученное из корреляции числа Нуссельта, находится в хорошем соответствии со значением, полученным при моделировании полного сопряженного теплообмена.

Представляет интерес количество тепла по пластине, которое получается в двух случаях:

Корреляция числа Нуссельта: 50 Вт / м
Сопряженная теплопередача: 49.884 Вт / м

Для некоторых расчетов подход, основанный на корреляциях чисел Нуссельта, позволяет прогнозировать тепловой поток с достаточно хорошей точностью. Затем мы рассмотрим случай необычной формы, когда корреляции чисел Нуссельта получить нелегко, и единственный возможный подход – запустить моделирование сопряженной теплопередачи.

Пример 2: Поток мимо гофрированной горизонтальной пластины

Рассмотрим конфигурацию, аналогичную первому случаю, за исключением того, что пластина имеет гофрированную верхнюю поверхность.На рисунке ниже схематически показано определение проблемы. В этой модели гофры верхней пластины рассматриваются в одном сечении геометрии. В остальном тарелка плоская.

Схема обтекания горизонтальной пластины.

Здесь поле течения у стенки имеет зоны рециркуляции, которые увеличивают скорость теплопередачи. На изображении ниже мы можем видеть распределение температуры и линии тока скорости.

Распределение температуры в градусах Цельсия (поверхность) и поле скорости (линии тока).

На левом графике ниже показан коэффициент теплопередачи по длине гофрированной пластины. При такой геометрии, как волнистая пластина, коэффициент теплопередачи зависит от температурных полей; поля скоростей; и геометрические параметры гофры, такие как высота. Следовательно, мы можем наблюдать повышенный коэффициент теплопередачи по сравнению с плоской пластиной (правое изображение ниже).

Коэффициент теплопередачи по гофрированной пластине (слева) и по плоской пластине (справа).

При рассмотрении сложной геометрии, содержащей гофрированные поверхности, подход с сопряженной теплопередачей может быть дорогостоящим в вычислительном отношении, и желательны альтернативные подходы. Хорошим приближением было бы уменьшение геометрической сложности путем представления поверхностей как негофрированных и экстраполяции коэффициента теплопередачи из этой геометрии гофрированной пластины с учетом геометрических параметров, таких как высота гофра, поля скорости потока и изменения температуры на поверхности.Интересно отметить, что если температура не является истинно изотермической или отсутствует постоянный тепловой поток, коэффициент теплопередачи по-прежнему представляет интерес в заданном диапазоне для некоторых геометрий, пока не будет сохранена близость к исходной конфигурации.

Для проверки мы можем рассмотреть простой случай, когда коэффициенты теплопередачи вычисляются по полям скоростей в геометрии гофрированной пластины. Эти данные могут использоваться для получения среднего коэффициента теплопередачи и могут быть экстраполированы на геометрическую модель плоской пластины.Общие потери тепла с поверхности или коэффициент теплопередачи, полученный при моделировании потока, можно исследовать, чтобы понять обоснованность приближений.

Заключительные мысли

В этом сообщении блога мы обсудили, как рассчитать коэффициент теплопередачи, используя два метода. Решение сопряженной теплопередачи позволяет использовать встроенные переменные теплового потока, доступные в COMSOL Multiphysics. Используя граничное условие Heat Flux с корреляциями чисел Нуссельта, вы можете моделировать задачи, связанные с простыми формами.Мы также обсудили, как уменьшить геометрические сложности для получения коэффициента теплопередачи для сложных геометрических форм.

Следующие шаги

Узнайте больше о специализированных функциях моделирования теплопередачи в программном обеспечении COMSOL®, нажав кнопку ниже.

Попробуйте подходы, описанные здесь, в следующих руководствах:

Номер ссылки

A. Bejan et al., Справочник по теплопередаче , John Wiley & Sons, 2003.

% PDF-1.5 % 1 0 obj> эндобдж 2 0 obj> эндобдж 3 0 obj> / Метаданные 294 0 R / Контуры 329 0 R / Страницы 6 0 R / StructTreeRoot 146 0 R >> эндобдж 4 0 obj> эндобдж 5 0 obj> эндобдж 6 0 obj> эндобдж 7 0 obj> эндобдж 8 0 obj> эндобдж 9 0 obj> / MediaBox [0 0 481.92 708.6] / Parent 6 0 R / Resources> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / StructParents 0 / Tabs / S >> эндобдж 10 0 obj> эндобдж 11 0 obj> эндобдж 12 0 obj> эндобдж 13 0 obj> эндобдж 14 0 obj> эндобдж 15 0 obj> эндобдж 16 0 obj> эндобдж 17 0 obj> эндобдж 18 0 obj> эндобдж 19 0 obj> эндобдж 20 0 obj> эндобдж 21 0 obj> эндобдж 22 0 obj> эндобдж 23 0 obj> эндобдж 24 0 obj> эндобдж 25 0 obj> эндобдж 26 0 obj> эндобдж 27 0 obj> эндобдж 28 0 obj> эндобдж 29 0 obj> эндобдж 30 0 obj> эндобдж 31 0 объект> эндобдж 32 0 obj> эндобдж 33 0 obj> эндобдж 34 0 obj> эндобдж 35 0 obj> эндобдж 36 0 obj> эндобдж 37 0 obj> эндобдж 38 0 obj> эндобдж 39 0 obj> эндобдж 40 0 obj> эндобдж 41 0 объект> эндобдж 42 0 obj> эндобдж 43 0 obj> эндобдж 44 0 obj> эндобдж 45 0 obj> эндобдж 46 0 obj> эндобдж 47 0 obj [50 0 R] эндобдж 48 0 obj> эндобдж 49 0 obj> эндобдж 50 0 obj> эндобдж 51 0 obj> эндобдж 52 0 obj> эндобдж 53 0 obj> эндобдж 54 0 obj> эндобдж 55 0 obj> эндобдж 56 0 obj> эндобдж 57 0 obj> эндобдж 58 0 obj> эндобдж 59 0 объект> / MediaBox [0 0 481. R @ -IYȊ} Ԫ $ 93f? V {ض̡ gTі ‘欪 ~ B_6ENZo`Kz; enm6 {ǮLϸǬ + ZtoEG, \  \ _CL “LVpla- {b ظ’ T7yI), cs.ҥ% P + r B5t% ކ) m & Ô 뫶 ǯw \ jGkV &: P8 / kvjJh конечный поток эндобдж 79 0 obj> эндобдж 80 0 obj> транслировать x`S 77M 8_tZuM ئ / 8e > & ͑

, I = 9rM

Расчет охлаждающей нагрузки – холодильная камера

Расчет охлаждающей нагрузки

Расчет охлаждающей нагрузки для холодильных камер. В этой статье мы рассмотрим, как рассчитать охлаждающую нагрузку для холодного помещения. Сначала мы рассмотрим источники тепла, а затем рассмотрим рабочий пример того, как выполнить расчет охлаждающей нагрузки холодильной камеры в упрощенном примере. Прокрутите вниз, чтобы просмотреть видеоурок.

Хотите бесплатное программное обеспечение для расчета холодильной камеры?
Загрузите Coolselector®2 бесплатно -> Щелкните здесь
С Danfoss вы можете построить устойчивые и эффективные холодильные камеры. Их широкий спектр продуктов и передовой опыт применения на рынке позволяют вам думать наперед и соответствовать будущим нормам по хладагентам и энергопотреблению. Экологичность и опережайте конкурентов без ущерба для производительности
.

Узнайте больше о решениях для холодных камер здесь

Что такое холодная комната?

Холодильная камера используется для хранения скоропортящихся продуктов, таких как мясо и овощи, чтобы замедлить их порчу и сохранить их как можно дольше свежими.Тепло ускоряет их порчу, поэтому продукты охлаждаются за счет отвода тепла.

Для отвода тепла мы используем систему охлаждения, поскольку это позволяет точно и автоматически контролировать температуру, чтобы сохранить товары как можно дольше.

Система охлаждения – Холодильная камера

Чтобы отвести тепло, нам нужно знать, какова будет охлаждающая нагрузка. Охлаждающая нагрузка меняется в течение дня, поэтому в большинстве случаев рассчитывается средняя холодопроизводительность и рассчитывается холодопроизводительность.

Источники тепла для холодных помещений

Откуда берется все тепло, которое нам нужно отвести?

Нагрузка трансмиссии

Обычно 5-15% приходится на нагрузки передачи. Это тепловая энергия, передаваемая через крышу, стены и пол в холодное помещение. Тепло всегда течет от горячего к холодному, и внутренняя часть холодной комнаты, очевидно, намного холоднее, чем ее окружение, поэтому тепло всегда пытается проникнуть в пространство из-за этой разницы в температуре. Если холодильная камера подвергается воздействию прямых солнечных лучей, то теплопередача будет выше, поэтому потребуется дополнительная поправка, чтобы учесть это.

Загрузка продукта

Затем у нас есть загрузки продуктов, на которые обычно приходится 55-75% охлаждающей нагрузки. Этим объясняется тепло, которое попадает в холодную комнату при поступлении новых продуктов. Это также энергия, необходимая для охлаждения, замораживания и дальнейшего охлаждения после замораживания. Если вы просто охлаждаете продукты, вам нужно учитывать только явную тепловую нагрузку. Если вы замораживаете продукт, вам необходимо учитывать скрытую теплоту, так как происходит фазовый переход. В течение этого времени используется энергия, но вы не увидите изменения температуры, пока продукт переходит в состояние жидкости и льда. Для дальнейшего охлаждения продуктов ниже точки замерзания требуется дополнительная энергия, что также является явным теплом. Вы также должны учитывать упаковку, поскольку она также будет охлаждаться. Наконец, если вы охлаждаете фрукты и овощи, значит, эти продукты живы, и они будут выделять тепло, поэтому вам придется учитывать и его удаление.

Внутренняя нагрузка

Следующее, что нужно учитывать, – это внутренние нагрузки, которые составляют около 10-20%. Это тепло, выделяемое людьми, работающими в холодильной камере, освещении и оборудовании, таком как автопогрузчики и т. Д.Поэтому для этого вам нужно будет подумать, какое оборудование будет использовать сотрудники для перемещения продуктов в магазин и из магазина, сколько тепла они и оборудование будут выделять, а также продолжительность дня.

Нагрузка на оборудование

Затем нам необходимо рассмотреть холодильное оборудование в помещении, на которое будет приходиться около 1-10% от общей холодопроизводительности. Для этого мы хотим узнать номинальные характеристики двигателей вентиляторов и оценить, как долго они будут работать в течение каждого дня, а затем мы также хотим учитывать любое тепло, передаваемое в пространство от размораживания испарителя.

Инфильтрационная тепловая нагрузка

Последнее, что нам нужно учитывать, – это инфильтрация, которая снова добавляет 1-10% к охлаждающей нагрузке. Это происходит, когда дверь открывается, так что происходит передача тепла в пространство через воздух. Другое соображение – вентиляция. Фрукты и овощи выделяют углекислый газ, поэтому в некоторых магазинах потребуется вентилятор, этот воздух необходимо охладить, поэтому вы должны учитывать это, если он используется.

Расчет нагрузки охлаждения – Пример работы холодильной камеры

Рассмотрим упрощенный пример расчета охлаждающей нагрузки для холодильной камеры.Теперь, если вы делаете это для реального примера, я рекомендую вам использовать программное обеспечение для проектирования, такое как приложение Danfoss coolselector, для обеспечения скорости и точности. Скачать здесь -> http://bit.ly/2Ars6yF

Нагрузка трансмиссии

Размеры нашей холодильной камеры 6 м в длину, 5 м в ширину и 4 м в высоту.
Температура окружающего воздуха 30 ° c при относительной влажности 50%, температура внутреннего воздуха 1 ° C при относительной влажности 95%
Стены, крыша и пол изолированы 80-миллиметровым полиуретаном со значением U 0.28 Вт / м ² .K
Температура грунта составляет 10 ° C.

Просто обратите внимание, что производитель должен сообщить вам, какое значение u для изоляционных панелей, если нет, то вам необходимо рассчитать это.

Для расчета нагрузки передачи воспользуемся формулой

Q = U x A x (Выходная температура – Входная температура) x 24 ÷ 1000.

Q = тепловая нагрузка кВтч / день
U = значение U изоляции (мы уже знаем это значение) (Вт / м ².K)
A = площадь поверхности стен, крыши и пола (мы рассчитаем это) (м ²)
Temp in = Температура воздуха внутри помещения ( ° C)
Temp out = Окружающая среда снаружи температура воздуха ( ° C)
24 = Часы в день
1000 = преобразование из ватт в кВт.

Вычислить «A» довольно просто, это просто размер каждой внутренней стены, поэтому введите числа, чтобы найти площадь каждой стены, крыши и пола.

Сторона 1 = 6 м x 4 м = 24 м ²
Сторона 2 = 6 м x 4 м = 24 м ²
Сторона 3 = 5 м x 4 м = 20 м ²
Сторона 4 = 5 м x 4 м = 20 м ²
Крыша = 5м x 6м = 30м ²
Этаж = 5м x 6м = 30м ²

Затем мы можем использовать эти числа в формуле, которую мы видели ранее, вам нужно будет рассчитать пол отдельно от стен и крыши, так как разница температур под полом другая, поэтому теплопередача будет другой.

Стены и крыша

Q = U x A x (Температура на выходе – Температура на входе) x 24 ÷ 1000
Q = 0,28 Вт / м ² .K x 113 м ² x (30 ° C – 1 ° C) x 24 ÷ 1000
Q = 22 кВтч / сутки

[113 м ² = 24 м ² + 24 м ² + 20 м ² + 20 м ² + 30 м ² + 30 м ²]

Этаж

Q = U x A x (Температура на выходе – Температура на входе) x 24 ÷ 1000
Q = 0,28 Вт / м ² . K x 30 м ² x (10 ° C – 1 ° C) x 24 ÷ 1000
Q = 1.8 кВтч / день

Если пол не изолирован, вам нужно будет использовать другую формулу, основанную на эмпирических данных .

Суммарный дневной приток тепла от передачи = 22 кВтч / день + 1,8 кВтч / день = 23,8 кВтч / день

Помните, что если ваша холодная комната находится под прямыми солнечными лучами, вам также необходимо учитывать энергию солнца.

Загрузка товаров – Обмен товарами

Далее мы рассчитаем охлаждающую нагрузку от обмена продуктов, то есть тепла, поступающего в холодную комнату от новых продуктов, которые имеют более высокую температуру.

В этом примере мы будем хранить яблоки, мы можем найти удельную теплоемкость яблок, но помните, что если вы замораживаете продукты, продукты будут иметь другую удельную теплоемкость при охлаждении, замораживании и переохлаждении, поэтому вы Мне нужно будет это учесть и рассчитать отдельно, но в этом примере мы просто охлаждаемся.

Каждый день прибывает 4000 кг новых яблок при температуре 5 ° C и удельной теплоемкости 3,65 кДж / кг. ° C.

Тогда мы можем использовать формулу

Q = m x Cp x (Temp enter – Temp store) / 3600.

Q = кВтч / день
CP = удельная теплоемкость продукта (кДж / кг. ° C)
m = масса новых продуктов каждый день (кг)
Temp enter = температура продуктов на входе ( ° C)
Temp store = температура внутри хранилища (° C)
3600 = преобразовать из кДж в кВтч.

Расчет

Q = mx Cp x (ввод температуры – накопитель температуры) / 3600
Q = 4,000 кг x 3,65 кДж / кг. ° C x (5 ° C – 1 ° C) / 3600.
Q = 16 кВт · ч / день

Загрузка продукта – Дыхание продукта

Затем мы вычисляем дыхание продукта, это тепло, выделяемое живыми продуктами, такими как фрукты и овощи.Они будут выделять тепло, поскольку они еще живы, поэтому мы охлаждаем их, чтобы замедлить их разрушение и сохранить их дольше.

В этом примере я использовал в среднем 1,9 кДж / кг в день, но этот показатель меняется со временем и с температурой. В этом примере мы используем эмпирическое значение, чтобы упростить расчет, поскольку эта охлаждающая нагрузка не считается критической. Если вы рассчитываете критическую нагрузку, вам следует использовать более высокую точность. В этом примере в магазине хранится 20 000 кг яблок.

Для расчета воспользуемся формулой

Q = м x соответственно / 3600

Q = кВтч / день
m = масса продукта на складе (кг)
соответственно = теплота дыхания продукта (1,9 кДж / кг)
3600 = преобразует кДж в кВтч.

Q = m x соответственно / 3600
Q = 20,000 кг x 1,9 кДж / кг / 3600
Q = 10,5 кВтч / день

Для раздела, посвященного продуктам, мы суммируем обмен продукта, равный 16 кВтч / день, и дыхательную нагрузку, равную 10.5 кВтч / день, чтобы получить общую нагрузку продукта 26,5 кВтч / день.

Внутренняя тепловая нагрузка – Люди

Далее мы рассчитаем внутренние нагрузки от людей, работающих в холодильной камере, поскольку люди выделяют тепло, и нам необходимо это учесть.

По нашим оценкам, 2 человека работают в магазине по 4 часа в день, и мы можем посмотреть вверх и увидеть, что при этой температуре они будут выделять около 270 Вт тепла в час внутри.

Мы будем использовать формулу:

Q = люди x время x тепло / 1000

Q = кВтч / день
человек = сколько человек внутри
time = продолжительность времени, которое они проводят внутри каждый день на человека (часы)
heat = тепловые потери на человека в час (ватты)
1000 просто конвертируют мощность в кВт

Расчет:

Q = люди x время x тепло / 1000
Q = 2 x 4 часа x 270 Вт / 1000
Q = 2.16 кВтч / сутки

Внутренняя тепловая нагрузка – Освещение

Затем мы можем рассчитать количество тепла, выделяемого освещением, это довольно просто сделать, и мы можем использовать формулу

Q = лампы x время x мощность / 1000

Q = кВтч / день,
лампы = количество ламп в холодильной камере
время = часы использования в день
мощность = номинальная мощность ламп
1000 = преобразует ватты в кВт.

Если у нас есть 3 лампы по 100 Вт каждая, работающие 4 часа в день, расчет будет:

Q = лампы x время x мощность / 1000
Q = 3 x 4 часа x 100Вт / 1000
Q = 1.2кВт / день

Для общей внутренней нагрузки мы просто суммируем нагрузку на людей (2,16 кВтч / день) и нагрузку на освещение (1,2 кВтч / день), чтобы получить значение 3,36 кВтч / день.

Нагрузка оборудования – двигатели вентиляторов

Теперь мы можем рассчитать тепловыделение двигателями вентилятора в испарителе. Для этого мы можем использовать формулу:

Q = вентиляторы x время x мощность / 1000

Q = кВтч / день
вентиляторы = количество вентиляторов
time = суточные часы работы вентилятора (часы)
мощность = номинальная мощность двигателей вентиляторов (Вт)
1000 = преобразование из ватт в кВт.

В этом испарителе холодильной камеры мы будем использовать 3 вентилятора мощностью 200 Вт каждый и рассчитываем, что они будут работать 14 часов в день.

Расчет:

Q = вентиляторы x время x мощность / 1000
Q = 3 x 14 часов x 200 Вт / 1000
Q = 8,4 кВтч / день

Нагрузка оборудования – двигатели вентиляторов

Теперь рассчитаем тепловую нагрузку, вызванную размораживанием испарителя. Чтобы вычислить это, мы воспользуемся формулой:

Q = мощность x время x циклы x эффективность

Q = кВтч / день,
мощность = номинальная мощность нагревательного элемента (кВт)
время = время оттаивания (часы)
цикла = сколько раз в день будет выполняться цикл оттаивания
эффективность = какой % тепла будет передаваться в пространство.

В этом примере в нашей холодильной камере используется электрический нагревательный элемент мощностью 1,2 кВт, он работает в течение 30 минут 3 раза в день, и, по оценкам, 30% всей потребляемой энергии просто передается в холодную комнату.

Q = мощность x время x циклы x эффективность
Q = 1,2 кВт x 0,5 часа x 3 x 0,3
Q = 0,54 кВтч / день

Общая нагрузка на оборудование равна тепловой нагрузке вентилятора (8,4 кВтч / день) плюс тепловая нагрузка оттайки (0,54 кВтч / день), которая, следовательно, равна 8,94 кВтч / день

Инфильтрационная нагрузка

Теперь нам нужно рассчитать тепловую нагрузку от проникновения воздуха.Я собираюсь использовать упрощенное уравнение, но в зависимости от того, насколько важны ваши вычисления, вам может потребоваться использовать другие более полные формулы для достижения большей точности. Воспользуемся формулой:

Q = изменения x объем x энергия x (выходная температура – входная температура) / 3600

Q = кВтч / день
изменения = количество изменений объема в день
volume = объем холодильной камеры
energy = энергия на кубический метр на градус Цельсия
Temp out – это температура наружного воздуха
Temp in is the air temperature in
3600 is just to convert from kJ to kWh.

По нашим оценкам, будет 5 изменений объема воздуха в день из-за открытой двери, объем рассчитан как 120 м ³, каждый кубический метр нового воздуха обеспечивает 2 кДж / ° C, воздух снаружи составляет 30 ° C и воздух внутри 1 ° C

Q = изменения x объем x энергия x (выходная температура – температура на входе) / 3600
Q = 5 x 120 м ³ x 2 кДж / ° C x (30 ° C – 1 ° C) / 3600
Q = 9,67 кВтч / день

Общая охлаждающая нагрузка

Чтобы рассчитать общую охлаждающую нагрузку, мы просто просуммируем все рассчитанные значения

Нагрузка трансмиссии: 23.8 кВтч / день
Нагрузка продукта: 26,5 кВтч / день
Внутренняя нагрузка: 3,36 кВтч / день
Нагрузка на оборудование: 8,94 кВтч / день
Инфильтрационная нагрузка: 9,67 кВтч / день
Итого = 72,27 кВтч / день

Фактор безопасности

Затем мы должны применить коэффициент запаса прочности к расчету, чтобы учесть ошибки и отклонения от проекта. Обычно, чтобы покрыть это, к расчету прибавляют от 10 до 30 процентов, в этом примере я использовал 20%, так что хорошо, просто умножьте охлаждающую нагрузку на коэффициент запаса прочности, равный 1.2, чтобы получить нашу общую холодопроизводительность 86,7 кВтч / день

Расчет холодопроизводительности

Последнее, что нам нужно сделать, это рассчитать холодопроизводительность, чтобы справиться с этой нагрузкой. Обычный подход состоит в том, чтобы усреднить общую суточную нагрузку на охлаждение по времени работы холодильной установки. Для этого я предполагаю, что устройство будет работать 14 часов в день, что довольно типично для магазина такого размера и типа. Таким образом, общая холодопроизводительность 86,7 кВтч / день, разделенная на 14 часов, означает, что холодильная установка должна иметь мощность 6 единиц.2 кВт, чтобы удовлетворить эту охлаждающую нагрузку.

Проблема теплопередачи | Интернет-этика

Введение

Инженерные принципы

Инженерная проблема

Численное решение

Этическая проблема

Вопросы этики и профессионализма

Этическое решение

Список литературы

Введение

Конструкция стены дома, показанная на рисунке 1., представляет собой обычную ситуацию, когда полезно иметь возможность рассчитать скорость теплопередачи через плоскую поверхность.Здесь представлена типовая конструкция из деревянного каркаса. Деревянный сайдинг на внешней поверхности стены следует обшивать фанерой. Изоляция из стекловолокна из минерального волокна формирует основное тепловое сопротивление в стене между деревянными элементами каркаса (не показаны). Внутренняя поверхность построена из листового камня.

Рисунок 1. Типовая конструкция стены дома и температурный профиль

В начало

Инженерные принципы

Студент должен определить количество тепловых сопротивлений в этой стене.Есть четыре сопротивления? Более? Меньше? Какое уравнение используется для расчета каждого сопротивления? Свойства и толщина материала приведены ниже в таблице 1.

(ПРИМЕЧАНИЕ. Преподаватель может попросить ученика построить тепловой контур на этом этапе и убедиться, что сопротивление конвекции с каждой стороны стены учтено. Типичные значения: h _{снаружи} = 34 Вт / м ² K , h _внутри = 9,3 Вт / м ² К. 1)

Таблица 1. Свойства материала стены
Материал	Толщина (см)	Теплопроводность (Вт / м-К)
Дерево	0.95	0,14
Фанера	1,27	0,12
Стекловолокно	9,0	0,038
Листовой камень	0,95	0,17

Студент должен знать, как рассчитать скорость теплопередачи через стену для данных зимних погодных условий: T _внутри = 23 ° C, T _{снаружи} = 15 ° C.

Одна из практических проблем, связанных со строительством дома во влажном климате, заключается в том, что влага изнутри дома (из-за водяного пара, выделяемого при приготовлении пищи, стирке, людях) будет иметь тенденцию мигрировать изнутри наружу.Если влага конденсируется в стекловолокне, это ухудшит эффективную проводимость материала, а также вызовет другие проблемы.

Вычислите точку в стене, где вода будет конденсироваться (если будет вообще). Если он конденсируется, возникнут ли проблемы? Предположим, что относительная влажность в помещении составляет 50%, а относительная влажность вне помещения – 90%.

(ПРИМЕЧАНИЕ: учащемуся необходимо просмотреть психрометрические данные и определить точку в стене, в которой температура падает до температуры точки росы, определяемой температурой сухого луча и относительной влажностью в помещении.Студенту нужно будет использовать тепловую схему и определить температуру поверхности по обе стороны от стекловолоконной изоляции. Психрометрическая диаграмма приведена ниже.)

Рис. 2. Психрометрическая диаграмма

В начало

Инженерная проблема

Вы инженер, работающий в консалтинговой фирме, отвечающей за реконструкцию ряда старых офисных зданий на военной базе. Часть вашего задания – спроектировать новую конструкцию стен для этих зданий.Вы решили добавить 9 см (3,5 дюйма) изоляционного материала из стекловолокна к стенам с деревянным каркасом, которые ранее не устанавливались. Вы знаете, что одна из военных спецификаций, которой вы должны соответствовать, гласит, что все изоляционные материалы должны быть спроектированы и установлены таким образом, чтобы в стенах здания не происходила конденсация пара в результате конструкции изоляции. Этот процесс разработки происходит в марте, и новая военная спецификация не вступит в силу до 1 января следующего года. По собственной инициативе вы решаете проверить, не возникнет ли конденсат в новой конструкции стен зданий.(На этом этапе учитель может попросить учеников произвести эти вычисления.)

В начало

Численное решение

Эквивалентная электрическая схема тепловой системы показана ниже:

Уравнение схемы для теплового потока q = AT / Re

Эквивалентное сопротивление Re схемы представляет собой сумму отдельных сопротивлений. Сопротивления проводимости задаются как Rcond = Ax / kA, где Ax – толщина материала в направлении теплового потока, k – теплопроводность материала, а A – площадь поверхности материала, перпендикулярная тепловому потоку. (предполагается, что единичная площадь стены составляет 1 м2).Сопротивление конвекции по обе стороны от стены рассчитывается по формуле Rconv = 1 / hA, где h – коэффициент поверхностной теплопередачи, а A – площадь поверхности, перпендикулярная тепловому потоку. Таким образом, шесть сопротивлений можно рассчитать, как показано ниже:

(Типичные значения: h _{снаружи} = 34 Вт / м ² K, h _внутри = 9,3 Вт / м ² K.)

Ro = 1 / hoA = 1 / [34 (1)] K / W = 0,029 K / W
Rs = Ax / kA = 0,0095 / [2 (0,14) 1] = 0.0339 К / Вт
Rply = Ax / kA = 0,0127 / [~ 0,12) 1] = 0,106 K / Вт
Rins = Ax / kA = 0,09 / [(0,038) 1] = 2,37 K / Вт
Rsr = Ax / kA = 0,0095 / [(0,17) 1] = 0,056 K / Вт
Ri = 1 / hiA = 1 / [9,3 (1)] K / W = 0,107 K / W

Сумма этих сопротивлений Re = 2,70 K / W.
Тепловой поток через стену q = AT / Re = [23 (15)] / 2,70 = 14,1 Вт
Из теории цепей мы знаем, что тепловой поток одинаков через любое сопротивление или набор сопротивлений в последовательной цепи.Чтобы найти внешнюю температуру изоляции, мы можем использовать:

q = (T ₃ To) / (Ro + Rs + Rply) = (T ₃ (15)) / (0,029 + 0,0339 + 0,106) = 14,1 Вт
Решая, получаем T ₃ = 12,6 ° C.

Теперь нам нужно проверить, не ниже ли температура изоляции в стене температуры точки росы воздуха в комнате. В этом случае водяной пар, диффундирующий через стену, начнет конденсироваться в стекловолоконной изоляции.Возвращаясь к психрометрической диаграмме, используя внутренние условия T _drybulb = 23 ° C и относительную влажность = 50%, мы обнаруживаем, что температура точки росы составляет 12 ° C. Поскольку самая низкая температура стекловолокна (12,6 ° C) ниже этой температуры точки росы (12 ° C), водяной пар будет конденсироваться в изоляции, и проблема существует ли !

В начало

Этическая проблема

Ваши расчеты показывают, что в зимних погодных условиях в изоляции стен будет происходить конденсация влаги.Вы поделитесь этим с техническим менеджером вашей компании и предложите заменить изоляцию из стекловолокна на более дорогую изоляцию (например, пенополиуретан с закрытыми порами). Он заявляет, что строительные работы должны быть завершены к концу ноября, поэтому компании не нужно будет соблюдать новый кодекс. Он также заявляет, что более дешевая изоляция позволит его компании сэкономить на строительных расходах. Поэтому он советует вам перейти к текущему, менее дорогому дизайну.Что вы делаете?

В начало

Вопросы этики и профессионализма

Каковы известные факты и неизвестные относящиеся к делу факты в данном случае?
Обсудите законность того, что предлагает технический менеджер.
Нарушает ли он какие-либо профессиональные кодексы (например, ASME, NSPE)?
Это нарушает совесть инженера?
Разработайте положительные и отрицательные парадигмы 2, а также проблемные случаи, которые могут оказаться между ними.
Каковы возможные варианты действий инженера?
Каковы последствия возможных решений?
Разработайте альтернативные решения и представьте их своему техническому руководителю.

В начало

Этическое решение

известные факты:
1. Конденсация паров будет происходить в изоляции для данной конструкции.
2. Конденсация нарушает будущие военные спецификации.
3. Для устранения проблемы потребуется более дорогая конструкция изоляции.
4. Инженер-менеджер, вероятно, не озабочен будущими военными спецификациями, поскольку они не вступят в силу до завершения проекта.
5. Пенополиуретан с закрытыми порами соответствует военным требованиям; однако это более дорогой материал.
Неизвестные соответствующие факты:
1. Требует ли фирма по закону разрабатывать с учетом будущих военных спецификаций?
2. Будет ли консалтинговая фирма заключать контракт с военной базой в будущем?
3. Вероятно, что проект продлится до января следующего года?
4. Насколько дороже пенополиуретан с закрытыми порами?
5. Создадут ли дополнительные затраты на замену пенополиуретана невыгодную работу?
Законность
Менеджер, вероятно, не нарушает «букву» закона, но он определенно нарушает «дух» военной спецификации.Рассмотрим полную военную спецификацию.
Нарушение Профессионального кодекса
Соответствующие разделы кодов ASME / NSPE приведены ниже:
A. ASME 1.a. «Инженеры должны осознавать, что жизнь, безопасность и благополучие населения зависят от инженерных суждений, решений и практик, включенных в конструкции, машины, продукты, процессы и устройства». 1.b. «Инженеры не должны утверждать или опечатывать планы и / или спецификации, которые не являются безопасными для здоровья и благополучия населения и не соответствуют принятым инженерным стандартам.«
B. Кодекс этики инженеров NSPE 1. Основные принципы a. «… быть честными и беспристрастными и преданно служить обществу, своим работодателям и клиентам». б. «… стремление повысить компетентность и престиж инженерной профессии». 2. Основные каноны а. «Инженеры должны действовать в профессиональных вопросах для каждого работодателя клиента как верные агенты или доверенные лица и должны избегать конфликтов интересов» b. «Инженеры должны строить свою профессиональную репутацию за счет своих услуг….
Ясно, что инженер не должен «… утверждать или опечатывать планы и / или спецификации, которые не являются безопасными для здоровья и благополучия населения и не соответствуют принятым инженерным стандартам». Кто-то может возразить, что «технический стандарт» (в данном случае военная спецификация) еще не действует, но это слабое оправдание.
Это нарушает совесть инженера? В общем, от инженера не следует требовать совершения каких-либо действий, нарушающих его или ее совесть.Не следует ожидать, что инженер сделает что-то, что прямо противоречит его личным или религиозным убеждениям.
Положительная парадигма
Разработать новую изоляцию с использованием пенополиуретана с закрытыми порами. Военные несут дополнительные расходы, связанные с новым дизайном. В стенах не происходит конденсации пара.
Негативная парадигма
Ремонт офисных зданий с применением стекловолоконной изоляции. Ремонт не будет завершен до января. Конденсация происходит по прогнозу.Возможный судебный процесс.
Проблемные случаи
1. Разработайте новую изоляцию с использованием пенополиуретана с закрытыми порами. Подрядчик берет на себя дополнительные расходы, связанные с новым дизайном. В стенах не происходит конденсации пара.
2. Ремонт офисных зданий с применением стекловолоконной изоляции. Ремонт завершен в ноябре согласно проекту. В стенах происходит конденсация пара.
Альтернативные решения:
Инженер мог бы рассмотреть другие альтернативы, такие как использование специального пластикового пароизоляции на границе раздела между листовой породой и изоляцией.Инженер может откровенно поговорить с менеджером и объяснить, что деньги – не единственный фактор. На карту поставлена репутация компании. Если правительство узнает, что он делает, компания может никогда не получить никаких будущих контрактов. Этот аргумент может быть убедительным.

В начало

Список литературы

В начало

Уравнения и расчеты кожухотрубного теплообменника

В этой статье мы подробно рассмотрим уравнения, необходимые для расчета размеров и проектирования кожухотрубных теплообменников.

Кожухотрубные теплообменники широко используются и очень популярны в обрабатывающей промышленности благодаря своей универсальности. Различные типы кожухотрубных теплообменников можно легко конфигурировать, изменяя расположение кожухотрубок.

ИНДЕКС

Методика расчета кожухотрубного теплообменника
Уравнения теплообменника
Расчеты для конструкции кожухотрубного теплообменника

Методика расчета кожухотрубного теплообменника

Проектирование кожухотрубного теплообменника – это повторяющийся процесс, который проходит через следующие этапы.

Определите технологические требования для нового теплообменника
Выберите подходящий тип кожухотрубного теплообменника
Определите параметры конструкции, такие как – количество проходов трубы, размер трубы, внутренний диаметр корпуса и т. Д.
Расчеты и моделирование теплообменника для получения выходных данных – температура горячей / холодной жидкости на выходе, скорость теплопередачи, падение давления на сторонах кожуха / трубы и т. Д.
Проверка выхода на соответствие требованиям процесса
- Если результат соответствует требованиям процесса, а стоимость находится в рамках бюджета, завершите разработку процесса и подготовьте спецификацию теплообменника
- Если проект не соответствует требованиям процесса или превышает бюджет, вернитесь к шагу 3, измените параметры проекта и повторите этот процесс еще раз.

Есть несколько уравнений, которые очень важны для расчетов, которые нам необходимо выполнить в процессе проектирования теплообменника.

Уравнения кожухотрубного теплообменника

Вот список всех важных уравнений кожухотрубного теплообменника.

Общее уравнение теплопередачи

Общая теплопередача в любом теплообменнике определяется следующим уравнением –

Уравнение-1

где Q = общий коэффициент теплопередачи
U = общий коэффициент теплопередачи
A _Общий = Общая площадь поверхности теплопередачи
LMTD = средняя логарифмическая разница температур

Уравнение LMTD

Средняя логарифмическая разница температур – это среднее количественное определение разницы температур между стенками кожуха и трубы.Он рассчитывается по следующему уравнению.

Уравнение-2

Где,
ΔT ₁ → разница температур между горячими и холодными жидкостями на одном конце теплообменника
ΔT ₂ → разница температур между горячими и холодными жидкостями на другом конце теплообменника.

LMTD с поправочным коэффициентом

Однако LMTD действителен только для теплообменника с одним проходом кожуха и одним проходом трубы.При множественном количестве кожухотрубных проходов картина потока в теплообменнике не является ни чисто прямоточной, ни чисто противоточной. Следовательно, чтобы учесть геометрическую неравномерность, логарифмическую среднюю разность температур (LMTD) необходимо умножить на поправочный коэффициент средней разницы температур (MTD) (F _T) , чтобы получить скорректированную среднюю разность температур (Corrected MTD).

Уравнение-3

Этот калькулятор поправочного коэффициента поможет вам быстро рассчитать поправочный коэффициент LMTD для кожухотрубного теплообменника с несколькими боковыми проходами кожуха или трубы.

Количество трубок в зависимости от требуемой площади теплообмена

Количество трубок, необходимое для кожухотрубного теплообменника (N _T), можно рассчитать с помощью следующего уравнения, исходя из требований к общей площади теплопередачи.

Уравнение-4

Где мы получаем A _Общий (общая требуемая площадь теплопередачи) из уравнения скорости теплопередачи (Уравнение-1).
OD – внешний диаметр трубы выбранного размера
L – общая длина трубы

Это уравнение довольно простое, основанное на геометрии выбранного кожухотрубного теплообменника.

Скорость жидкости со стороны трубы

Скорость на стороне трубы важна для оценки числа Рейнольдса на стороне трубы, а затем для получения коэффициента теплопередачи для жидкости на стороне трубы. Мы можем использовать следующее уравнение для боковой скорости трубы.

Уравнение-5

Где, m = массовый расход на стороне трубы
N _P = Количество проходов трубы
N _T = Количество трубок
ρ = Плотность жидкости на стороне трубы
ID = Внутренний диаметр трубы

Кроме того, число Рейнольдса для жидкости со стороны трубы рассчитывается как

Уравнение-6

Здесь μ – вязкость жидкости со стороны трубы

Уравнение общего коэффициента теплопередачи

Когда у нас есть ручка для площади теплопередачи (A _Общий) и разницы температур (LMTD), единственное, что остается неизвестным в уравнении теплопередачи (Уравнение-1), – это общий коэффициент теплопередачи (U).Мы можем использовать следующее уравнение, чтобы получить общий коэффициент теплопередачи для кожухотрубного теплообменника.

Уравнение-7

Где, h _o = коэффициент теплопередачи на стороне кожуха
h _i = коэффициент теплопередачи на стороне трубы
R _до = коэффициент загрязнения на стороне кожуха
R _di = коэффициент загрязнения на стороне трубы
OD и ID соответственно внешний и внутренний диаметры для выбранного размера трубки
Ao и Ai – значения площади внешней и внутренней поверхности для трубок
k _w – значение сопротивления для стенки трубки

Обратите внимание, этот общий коэффициент теплопередачи рассчитывается на основе площади внешней поверхности трубы (Ao).Поэтому его необходимо умножить на значение Ao для использования в общем уравнении теплопередачи.

Расчеты кожухотрубных теплообменников

Мы уже видели, что проектирование кожухотрубного теплообменника – это итеративный процесс. Часто инженеры предпочитают использовать программное обеспечение для проектирования теплообменников для создания модели теплообменника. Затем вы можете использовать эту модель для моделирования производительности теплообменника и проверки того, соответствует ли он вашим технологическим требованиям.

Однако, если вы решите вручную выполнить расчет размеров теплообменника, вот несколько калькуляторов и учебных пособий, которые могут вам помочь.

Вычислители теплообменников

Обратите внимание, что все следующие калькуляторы предназначены для демонстрации. Чтобы получить доступ к реально работающим калькуляторам, вам нужно будет создать логин на EnggCyclopedia.

Вот калькулятор размеров кожухотрубного теплообменника, который поможет вам рассчитать требуемую площадь теплопередачи на основе значений температуры на входе / выходе на сторонах кожуха и трубы. Этот калькулятор предназначен для расчета расхода в трубах на основе фиксированного расхода в межтрубном пространстве .Другие необходимые входные данные: расход, плотность, вязкость, значения удельной теплоемкости жидкостей на сторонах кожуха и трубы.
Этот другой калькулятор для расхода на стороне кожуха поможет вам рассчитать требуемую площадь поверхности, а также расход на стороне кожуха, , когда у вас есть фиксированные условия на стороне трубы . Другие необходимые входные данные: расход, плотность, вязкость, значения удельной теплоемкости жидкостей на сторонах кожуха и трубы.
Этот быстрый калькулятор LMTD помогает быстро получить значение LMTD для обменника.
Есть еще один калькулятор поправочного коэффициента LMTD.
Помимо этого, вам также необходимо будет рассчитать падение давления на сторонах кожуха и трубы для вашего технологического паспорта. Этот калькулятор предназначен для расчета падения давления на стороне кожуха.
Вы можете использовать этот калькулятор для определения падения давления со стороны трубы.

Помимо этих калькуляторов, вы всегда можете использовать программное обеспечение для проектирования теплообменников, чтобы построить модель вашего теплообменника, а затем смоделировать его работу.

Учебные пособия по расчету кожухотрубных теплообменников

Вот несколько пошаговых руководств по использованию этих калькуляторов для расчетов кожухотрубных теплообменников. В этих уроках мы будем использовать уравнения кожухотрубного теплообменника, рассмотренные выше.

Расчет общего коэффициента теплопередачи
Расчет толщины изоляции стенки печи
Учебное пособие по расчету LMTD
Расчет LMTD, когда формула не работает
Учебное пособие – Расчет падения давления на корпусе теплообменника
Учебное пособие – Расчет падения давления на трубной стороне теплообменника

Советы и указатели для расчета теплообменников

Боковые перегородки кожуха используются для обеспечения поперечного потока и улучшения теплопередачи между двумя жидкостями.Расстояние между боковыми перегородками кожуха имеет важное значение для степени теплопередачи. Вы можете использовать эти рекомендации для выбора оптимального расстояния между перегородками кожуха. Обычно рекомендуется учитывать расстояние между перегородками от 0,3 до 0,6 внутреннего диаметра оболочки в соответствии со стандартами TEMA.