Расчет длины провода пнсв для прогрева бетона: саморегулирующий нагревательный, в зимнее время

саморегулирующий нагревательный, в зимнее время

Содержание статьи:

Во время сооружения монолитных бетонных конструкций используется несколько технологий, которые требуются для создания оптимальных температурных условий. Это может быть применение специальных проводов для обогрева или теплоавтоматов, а также тепляков. Первый вариант наиболее востребован, поскольку в сравнении с аналогами менее энергоемкий и финансово затратный.

Зачем нужен прогрев бетона

Если вода в растворе бетона замерзнет, он не наберет технологической прочности

Электропрогрев бетона требуется в холодное время года, когда температура окружающей среды опускается ниже температуры замерзания воды, что влечет за собой гидратацию бетонного раствора. Смесь не затвердевает, как требуется, а частично замерзает.

С приходом тепла начинает активный процесс оттаивания, в результате монолитность конструкции нарушается, что отрицательно сказывается на долговечности и сопротивлении проникновения влаги в полости монолитных блоков.

Чтобы предотвратить нежелательные и опасные для здоровья и жизни человека последствия, обязательно осуществляют прогрев бетона в зимнее время специальными проводами. Расчет метража и схемы прокладки проводят на этапе проектирования здания.

Принцип работы и виды прогревочных проводов

Наиболее распространен греющий провод типа ПНСВ. Это обусловлено простотой установки и приемлемой ценой в сравнении с аналогами.

Еще часто используют аналог ПНСП. Его основное конструктивное отличие заключается в изоляционном материале. Состав – полипропилен, за счет которого обеспечивается возможность повышать максимальную мощность тепловыделителя.

В таблице приведены основные технические и физические характеристики проводов типа ПНСП и ПНСВ.

Марка провода	Расчетная масса 1 000 метров провода, кг	Оптимальная длина нагревательной секции при напряжении 220 В, м	Номинальный наружный диаметр, мм	Номинальное значение электрического сопротивления 1 метра нагревательной жилы, Ом
ПНСВ	19	110

Прогрев бетона проводом — пошаговое руководство, схема програва

Ни одно строительство не обходится без такого материала, как бетон. Иногда он требует прогрева, а это процесс достаточно серьезный. Здесь важно знать в точности всю технологию процесса. От этого напрямую зависит прочность и долговечность изготавливаемого материала. Самый распространенный способ – прогрев бетона проводом.

Зачем прогревают бетон?

Строительство зданий, сооружений и прочих конструкций с использованием раствора в зимнее время не обходится без обогрева. Как правило, гидратация раствора при отрицательных температурах полностью не проходит. А еще вы можете прочитать про марку бетона для ленточного фундамента, его типы, технология заливки, самостоятельный расчет. Он затвердевает не целиком, некоторые участки смеси замерзают. После оттаивания связь смеси будет нарушена, что непременно скажется на качестве и долговечности сооружения.

Зимой электрический прогрев конструкции обязателен. Процесс затвердевания смеси ускоряется в определенных (плюсовых) температурных условиях. При этом не нарушается структура связующей смеси, и не страдает прочность непосредственно самой конструкции. Вот зачем прогревают бетон проводом в холодное время года.

Каким материалом воспользоваться?

Самым распространенным материалом для этого является провод нагревательный ПНСВ. Он прост в применении, к тому же сравнительно недорогой. Состоит из оцинкованной или стальной однопроволочной жилы, имеющей круглую форму, и полиэтиленовой или ПВХ пластикатовой изоляции. Такой материал используют для прогрева в температурных условиях от + 5 градусов и ниже. На этой странице вы сможете узнать про пропорции для приготовления бетона, его компоненты и параметры.

Способ прогрева бетона проводом ПНСВ достаточно прост. ПНСП сильно нагреваются и передают тепло конструкции. Для проведения процедуры одного нагревательного элемента не достаточно. Понадобится трансформаторная подстанция (понижающая), которая имеет систему, отвечающую за регулировку тепловой силы. Исходя из внешних изменений температурного режима, устройство регулирует тепловую мощность. Именно от такой подстанции и будет происходить нагрев. Такая установка позволяет нагревать смесь до 30 куб.м.

Как рассчитать обогрев конструкции?

Расчет прогрева бетона проводом заключается в следующем: на один кубический метр смеси понадобится примерно 60 метров ПНСВ. Учитывается так же площадь, вид конструкции, необходимая электрическая мощность. Необходимая длина секции нагревательного элемента также может завесить от напряжения трансформаторной подстанции. То есть чем ниже ее напряжение, тем меньше нужна длина. Перед тем как приступать к расчету, прочитайте про бетон для фундамента: состав, пропорции, основные марки. А так же про то, какой расход цемента в бетонной смеси: основные качества составляющих, пропорции цемента в различных марках бетона, допустимые погрешности.

схема укладки ПНСВ, маркировка и цены

Технология кабельного прогрева заливаемого бетона применяется при необходимости проведения работ при отрицательных температурах или их ускорения. Данный способ считается самым экономичным, он соответствует требованиям СНиП 3. 03.01-87 и используется на строительных площадках любого типа. Главным преимуществом является достижение равномерного прогрева массива изнутри, при правильном подборе толщины и шага провода достигается температура в пределах 40-50 °C, что обеспечивает оптимальные режимы гидратации и набора прочности цементными растворами.

Оглавление:

1. Виды проводов
2. Технология монтажа
3. Средние цены

Разновидности и особенности нагревательных проводов

Для монолитного бетона и железобетона используется одно- и двужильный стальной оцинкованный кабель круглого сечения с достаточно надежной изоляцией из сшитого полиэтилена или поливинилхлорида. Провод остается в толще раствора, покупать дорогие разновидности нецелесообразно, оптимальными для этих целей считаются жилы с диаметром в пределах 1,2-3 мм. Существуют и другие методы, они описаны в статье об особенностях прогрева бетона.

К наиболее востребованным вариантам относят:

Провод Нагревательный со Стальной жилой и оболочкой из Винила, оптимальный по цене и характеристикам вид. Для прогрева бетонного раствора используется кабель с диаметром от 1,2 до 3 мм, реже – 4. Рабочий подбирается в пределах 14-16 А, выдержка определенного промежутка между соседними линиями составляет не менее 15 мм. Их нельзя оставлять открытыми, питание подводится через алюминиевый кабель АПВ (в пределах 1 м).

Провод Токопроводящий с Параллельными оцинкованными стальными Жилами. Его изоляция также выполняется из полиэтилена, стандартный диаметр лежит в пределах 0,6-1,8 мм, для прогрева оптимальным считается сечение в 1,2. Основное назначение – монтаж ретрансляционных сетей, его укладка выбирается из-за снижения риска повреждения токоведущих жил (при случайном перебитии вторая линия останется рабочей и конструкция застынет правильно).

Двужильный кабель для прогрева бетона с запиткой от сети 220 В. Выпускается в секциях с длиной от 3 до 150 м, с одной стороны имеющим вилку или соединительную муфту, с другой – концевую. Токоведущие жилы у него изолированы полиэтиленом, внешняя оболочка изготавливается из ПВХ. КДБС – российская маркировка, зарубежным аналогом являются системы для обогрева заливаемых конструкций ВЕТ (Финляндия).

ПНСВ и ПТПЖ запитываются от линии в 380 В, что подразумевает обязательное добавление в схему подключения понижающего трансформатора. В полный перечень необходимого оборудования также входят медный кабель для питания силовой станции и алюминиевый для трассы и холодных концов. Длину нагревательных стальных жил определяет расчет, для удобства можно воспользоваться онлайн-калькуляторами или табличными данными. В среднем на 1 м² бетона уходит 50-60 м кабеля ПНСВ или ПТПЖ и от 20 КДБС. У армированных конструкций расход выше из-за обхода проводов вокруг прутьев или сетки и более низкой погонной нагрузки (30-35 Вт/м у ж/б в сравнении с 35-40 у неармированных).

Схема укладки

Главным требованием является равномерность прогрева, холодных зон быть не должно. Минимальное расстояние между соседними проводами для прогрева бетона составляет 15 мм, максимальное подбирается из учета характеристик и внешних условий.

Оптимальным промежутком по горизонтали считается 20-40 см, по вертикали – 8-10, превышать его не рекомендуется. Учитывается весь объем смеси и основные размеры конструкций.

Простейшей схемой является «змейка» с радиусом изгиба не менее 5 рабочих диаметров у

виды, расход ПНСВ, цены и схема укладки

Считается, что термическое воздействие на раствор после его загрузки в форму (опалубку) оправдано лишь при ведении строительных (реставрационных, ремонтных) работ в условиях пониженной температуры. Однако прогрев бетона нередко осуществляется и в иных целях, чаще всего, для повышения скорости отвердевания искусственного камня и обеспечения максимальной однородности его структуры. Существуют способы пассивные и активные. Для реализации последних в основном применяются специальные провода и кабеля. Что это за продукция, распространенные схемы ее укладки и порядок использования, примерная стоимость – статья даст читателю ответы на эти и другие вопросы.

Оглавление:

1. Разновидности
2. Схема укладки
3. Цена

Технология прогрева монолитного бетона и железобетона

Ее основные преимущества – полное отсутствие теплопотерь. Вся энергия передается бетонному раствору при небольших материальных затратах. Цена применяемых проводов низкая и практически никак не отражается на общей смете.

Методика искусственного прогрева настолько проста, что при правильном выборе греющего элемента, схемы его укладки и номинала напряжения ее несложно реализовать своими силами. Возведение монолитной (заливной) конструкции осуществляется в несколько этапов. После установки армирующего каркаса в опалубку закладывается провод для прогрева бетона, а затем загружается раствор. По окончании его уплотнения (вибратором или вручную) в схему подается напряжение.

Благодаря особым характеристикам, провод преобразует электрическую энергию проходящего по нему тока в тепловую, которая и расходуется на прогрев отвердевающего раствора. В принципе, чего-то особо сложного в таком способе нет. При рассмотрении методик искусственного прогрева бетона нередко возникает путаница в терминологии. В частности, не все понимают разницу между применяемыми проводами и кабелями. А она есть, и весьма существенная. Технология кабельного прогрева является относительно дорогой (хотя и удобной), и вот почему.

Так как армирование бетона в основном делается металлическим прутком (для фундаментов и иных несущих частей конструкции – всегда), подключение провода к сети ~ 220/50 не допускается. Поэтому в схему обязательно включается трансформатор, понижающий номинал. В этом принципиальное отличие такого греющего элемента от кабеля (например, российского КДБС), который присоединяется к пром/напряжению без Тр. Преимущество последней методики очевидно – упрощается организационная (подготовительная) часть работы. Кроме того, все кабеля легко монтируются, так как не требуют подрезки. Наличие на их концах специальных муфт облегчает сочленение при укладке по выбранной схеме. Но цена на греющий кабель достаточно высокая и ограничивает его использование в частном секторе. Тем более что КДБС не получится демонтировать и применить повторно после отвердевания бетона. По сути, подобная (для прогрева) продукция – на один раз.

Особенность проводов

• Визуально от кабеля отличить несложно. Имеет, как правило, всего 1 жилу, а тот же КДБС – две.
• Температурный режим использования (°C) при бетонировании: ± 55.
• Предельная сила тока (А) при прогреве: до 16.
• Сечение жилы (мм) – от 0,6 до 3. Это обеспечивает гибкость изделий и позволяет выбирать любую схему укладки.

Практика показывает, что в среднем расход на прогрев 1 «куба» бетона не превышает 50 – 55 м.

Сортамент проводов

1. ПНСВ

Самая дешевая, а потому и наиболее применяемая разновидность продукции для прогрева растворов бетона. Расшифровка аббревиатуры (ПНСВ) дает представление о конструктивном исполнении. ПН – назначение (провод нагревательный), С – материал жилы (сталь), В – изоляция (виниловая).

Главное преимущество данной продукции – низкая цена/стоимость. В частном секторе для подачи напряжения на ПНСВ в основном используют недорогие БП, сварочники или самодельные выпрямители.

Практика показывает, что применение ПНСВ сечением 3 мм исключает целый ряд проблем, которые могут возникнуть после загрузки бетона.

• Повреждение провода, особенно при ручном уплотнении раствора. Изоляция ПНСВ-3 достаточно плотная, и ее прочность выше, чем у аналогов с меньшим диаметром.
• При некачественном питании (а это часто связано с перекосом фаз, особенно в условиях интенсивной застройки) вероятность перегрева этого провода минимальна. А пробой внешней оболочки ПНСВ чреват замыканием на арматуру бетона.
• При схватывании раствора исключен риск деформации провода.

Так как перед укладкой ПНСВ необходимо делать сложные расчеты схемы, при обустройстве бетонного монолита своими силами продукция с жилой 3 мм – оптимальный выбор.

2. ПТПЖ

Его часто называют кабелем, хотя это и не совсем верно. Кого интересует отличие между такой разновидностью продукции и проводом, без труда найдет соответствующую информацию. Для процесса бетонирования путаница в терминологии не принципиальна.

Изначально ПТПЖ применялся для подключения радиоточек (акустической аппаратуры). По используемым в производстве материалам он мало чем отличается от ПНСВ. Такая же стальная жила (чаще всего, оцинкованная) сечением 0,6 или 1,2 мм + оплетка (ПЭ высокого давления). Разница в исполнении. В отличие от ПНСВ изделие ПТПЖ двужильное (или как говорят – «лапша»).

Применение имеет свои особенности.

• С ПТПЖ можно работать при температуре не ниже -30°C.
• При его укладке необходимо соблюдать правило – радиус изгиба должен быть не менее 10 D.

С целью снижения конечной цены бетонирования для прогрева стяжек целесообразно использовать ПТПЖ с сечением жил 0,6. Такой же провод часто применяется в схемах «теплых» полов. Если ПТПЖ приобретается для организации прогрева монолитной конструкции, то следует выбирать его разновидность с жилами 1,2 мм.

Особенности схем укладки греющих элементов

Конкретная выбирается в зависимости от специфики работы и рассчитывается индивидуально. От правильности ее выбора зависит равномерность прогрева, следовательно, однородность структуры бетона по всему объему.

• В отличие от кабеля, для подключения проводов к источнику напряжения используются так называемые «холодные» концы. Их жилы должны иметь меньшее значение удельного сопротивления!
• Минимальный интервал между смежными «линиями» проводов в схеме прогрева – 1,5 см. Несоблюдение этого правила может привести к расплавлению оболочки и КЗ. По этой же причине не допускаются перехлесты.
• Значительный температурный режим использования не должен вводить в заблуждение. Укладка проводов при минус 15 и ниже не производится. Это связано с особенностью изоляции. На морозе она начинает ломаться, в ней появляются трещины, как результат – замыкание на арматуру. Поэтому при зимнем бетонировании следует ориентироваться на погоду и не понимать буквально «от -55 …».
• Качество прогрева можно повысить, если провод обернуть фольгой. Это существенно увеличит теплообмен и сократит время созревания бетона. Для небольших схем, площадей и объемов – хороший вариант.

Стоимость проводов

Ассортимент проводов и кабелей огромен. Но даже приведенные в таблице отдельные примеры дадут читателю общее представление о стоимости продукции.

Наименование	Количество проводов, шт	Сечение жилы, мм	R, МОм/км	Мощность, Вт	Длина секции, м	Цена, руб/п.м.
ПНСВ	1	1,2	1			1,09
		2				1,21
		3				1,36
ПТПЖ	2	0,6	5			2,45
		1,2				2,75
КДБС				120	3	1 026
				370	10	1 598
				800	20	1978
				1 400	35	3 015
				2 100	53	4 098

*Данные ориентировочные по Москве и Московской области.

Примерная стоимость некоторых моделей трансформаторов для прогрева (заводского изготовления) в рублях: СПБ – от 51 260,  ТСДЗ – от 75 990, КТП – от 149 660.

Расчет длины нахлеста в железобетонных конструкциях

Длина нахлеста — один из важных терминов в армировании. Обычно это путают с другим важным термином, называемым длиной развития и длиной закрепления. В этой статье обсуждается длина нахлеста стержней. При размещении стали в железобетонной конструкции, если необходимая длина одиночного стержня может не хватить. Чтобы получить желаемую конструктивную длину, производится притирка двух стержней бок о бок.Альтернативой этому является использование механических соединителей.

стальных стержней внахлест

Притирка может быть определена как наложение двух стержней бок о бок до проектной длины. Обычно длина стального прутка ограничивается 12 м. Это сделано для удобной транспортировки стальных стержней на строительную площадку. Например, представьте, что вам нужно построить колонну высотой 100 футов. Но это практически недоступно. Отсюда решетки разрезают каждый второй этаж.

стальных стержней внахлест

Затем силы натяжения должны быть переданы от одного стержня к другому стержню в месте разрыва стержня.Таким образом, вторая полоса находится близко к первой и перекрывается. Такое перекрытие двух полосок называется «длиной нахлеста». Притирка обычно выполняется там, где встречается минимальное напряжение изгиба. Как правило, длина нахлеста составляет 50d, что означает, что диаметр стержня в 50 раз больше, если оба стержня имеют одинаковый диаметр.

Длина нахлеста стержней одинакового диаметра

Длина нахлеста при растяжении:

Длина нахлеста, включая величину крепления крюков, должна составлять

• Для растяжения при изгибе — Ld или 30d, в зависимости от того, какое значение больше.
• Для прямого натяжения — 2Ld или 30d, в зависимости от того, что больше.

Прямая длина притирки стержней должна быть не менее 15d или 20см.

Длина нахлеста при сжатии:

Длина нахлеста равна длине проявки, рассчитанной при сжатии, но не менее 24d.

Для стержней разного диаметра:

Когда необходимо соединить стержни разного диаметра, длина нахлеста рассчитывается с учетом стержня меньшего диаметра.

Соединение внахлест

Соединение внахлестку не следует использовать для стержней диаметром более 36 мм. В таких случаях следует рассмотреть возможность сварки. Но если сварка также невозможна в некоторых условиях, то притирка может быть разрешена для стержней диаметром более 36 мм. Но наряду с притиркой необходимо предусмотреть дополнительные спирали диаметром 6 мм вокруг притирочных стержней.

Длина стыка внахлест в основании

Длина нахлеста для бетона 1: 2: 4 Номинальная смесь:

Длина притирки при растяжении (стержень MS — стержень из мягкой стали), включая значение анкеровки, составляет 58d.Таким образом, исключая значение анкеровки, длина нахлеста = 58d — 2 * 9d = 40d. (Где 9d = припуск на крюк до 25 мм и k = 2)

Длина нахлеста для бетона M20:

• Колонны — 45d
• Балки — 60d
• Плиты — 60d

Это означает, что если нам нужно нахлестать Стержни колонны диаметром 20 мм, минимальный нахлест 45 * 20 = 900 мм.

Проектирование и выбор трубопровода. Оптимальный диаметр трубопровода

Трубопроводы для транспортировки различных жидкостей являются неотъемлемой частью агрегатов и установок, реализующих рабочие процессы, относящиеся к различным областям применения.При выборе труб и конфигураций трубопроводов большое значение имеет стоимость самих труб и стоимость арматуры. Конечная стоимость передачи среды по трубопроводу во многом определяется размером труб (диаметром и длиной). Для расчета этих значений используются специально разработанные формулы, специфичные для определенных типов операций.

Труба — это полый цилиндр из металла, дерева или другого материала, используемый для транспортировки жидких, газообразных и гранулированных сред.

Переносимая среда может включать воду, природный газ, пар, нефтепродукты и т. Д.Трубы используются повсеместно, начиная с различных отраслей промышленности и заканчивая домашним хозяйством.

При производстве труб можно использовать различные материалы, такие как сталь, чугун, медь, цемент, пластик, например АБС-пластик, поливинилхлорид, хлорированный поливинилхлорид, полибутилен, полиэтилен и т. Д.

Диаметр трубы (внешний, внутренний и т. Д.) И толщина стенки, измеряемая в миллиметрах или дюймах, являются основными размерами трубы. Также используется такое значение, как номинальный диаметр или условное отверстие — номинальное значение внутреннего диаметра трубы, также измеряемое в миллиметрах (обозначается Ду ) или дюймах (обозначается DN).Значения номинального диаметра стандартизованы, что является основным критерием при выборе трубы и соединительной арматуры.

Соответствие номинального диаметра в [мм] и [дюймах] указано ниже.

По ряду причин, указанных ниже, трубы с круглым (круглым) поперечным сечением являются предпочтительным вариантом по сравнению с другими геометрическими поперечными сечениями:

• Circle имеет минимальное отношение периметра к площади; применительно к трубам это означает, что при одинаковой пропускной способности расход материала для труб круглой формы будет минимальным по сравнению с трубами другой формы. Это также подразумевает минимально возможные затраты на изоляционные и защитные покрытия;
• Круглое поперечное сечение — наиболее выгодный вариант для перемещения жидких или газообразных сред с гидродинамической точки зрения. Кроме того, благодаря минимально возможной внутренней площади трубы на единицу ее длины трение между перекачиваемой жидкостью и трубой сводится к минимуму.
• Круглая форма наиболее устойчива к внутреннему и внешнему давлению;
• Процесс производства круглых труб достаточно прост и удобен в реализации.

Трубы могут сильно различаться по диаметру и конфигурации в зависимости от назначения и области применения. Поскольку магистральные трубопроводы для перекачки воды или нефтепродуктов могут достигать почти полуметра в диаметре при довольно простой конфигурации, а змеевики, также выполненные в виде трубы малого диаметра, имеют сложную форму с большим количеством витков.

Невозможно представить ни один сектор промышленности без трубопроводной сети. Любой расчет трубопроводной сети включает в себя выбор материалов труб, разработку ведомости материалов, в которую входят данные о толщине, размере, маршруте и т. Д.Сырье, промежуточный продукт и / или готовый продукт проходят различные стадии производства, перемещаясь между разными аппаратами и агрегатами, соединенными трубопроводами и арматурой. Правильный расчет, выбор и установка системы трубопроводов необходимы для надежной реализации всего технологического процесса и обеспечения безопасной передачи рабочих сред, а также для герметизации системы и предотвращения утечки переносимых веществ в атмосферу.

Не существует универсальной формулы или правила для выбора трубопровода для любого возможного применения и рабочей среды.Каждая область применения трубопровода включает ряд факторов, которые следует принимать во внимание и которые могут оказать значительное влияние на требования к трубопроводу. Например, при работе с жидким навозом крупногабаритный трубопровод не только увеличит стоимость установки, но и создаст трудности в эксплуатации.

Обычно трубы выбираются после оптимизации материальных затрат и эксплуатационных затрат. Чем больше диаметр трубопровода, т.е. чем больше первоначальные вложения, тем меньше перепад давления и, соответственно, меньше эксплуатационные расходы.И наоборот, небольшой размер трубопроводов позволит снизить начальную стоимость труб и арматуры; однако повышенная скорость повлечет за собой повышенные потери и приведет к затратам дополнительной энергии на прокачку среды. Значения скорости, фиксированные для различных приложений, основаны на оптимальных расчетных условиях. Эти ставки с учетом области применения используются при расчетах размеров трубопроводов.

Конвективная теплопередача

Тепловая энергия, передаваемая между поверхностью и движущейся жидкостью с разными температурами, известна как конвекция .

На самом деле это комбинация диффузии и объемного движения молекул. Вблизи поверхности скорость жидкости мала, и преобладает диффузия. На расстоянии от поверхности объемное движение усиливает влияние и преобладает.

Конвективная теплопередача может быть

• принудительная или вспомогательная конвекция
• естественная или свободная конвекция

Принудительная или вспомогательная конвекция

Принудительная конвекция возникает, когда поток жидкости индуцируется потоком жидкости внешняя сила, такая как насос, вентилятор или смеситель.

Естественная или свободная конвекция

Естественная конвекция вызывается силами плавучести из-за разницы плотности, вызванной колебаниями температуры в жидкости. При нагревании изменение плотности в пограничном слое заставит жидкость подниматься и заменяться более холодной жидкостью, которая также будет нагреваться и подниматься. Это продолжающееся явление называется свободной или естественной конвекцией.

Процессы кипения или конденсации также называют конвективными процессами теплопередачи.

• Теплопередача на единицу поверхности за счет конвекции была впервые описана Ньютоном, и это соотношение известно как Закон охлаждения Ньютона .

Уравнение конвекции может быть выражено как:

q = h _c A dT (1)

где

q = теплопередача за единицу времени (Вт, Btu / hr)

A = площадь теплообмена поверхности (м ² , ft ² )

h _c = коэффициент конвективной теплопередачи процесса ( Вт / (м ^2o C, Btu / (фут ² h ^o F) )

dT = разница температур между поверхностью и основной жидкостью ( ^o C, F)

Коэффициенты теплопередачи — единицы

Коэффициенты конвективной теплопередачи

Коэффициенты конвективной теплопередачи — ч _c — в зависимости от t тип среды, будь то газ или жидкость, и свойства потока, такие как скорость, вязкость и другие свойства, зависящие от потока и температуры.

Типичные коэффициенты конвективной теплопередачи для некоторых распространенных применений потока жидкости:

• Свободная конвекция — воздух, газы и сухие пары: 0,5 — 1000 (Вт / (м ² K))
• Свободная конвекция — вода и жидкости: 50 — 3000 (Вт / (м ² K))
• Принудительная конвекция — воздух, газы и сухие пары: 10 — 1000 (Вт / (м ² K))
• Принудительная конвекция — вода и жидкости: 50 — 10000 (Вт / (м ² K))
• Принудительная конвекция — жидкие металлы: 5000 — 40000 (Вт / (м ² K))
• Кипящая вода: 3.000 — 100,000 (Вт / (м ² K))
• Водяной конденсат: 5,000 — 100,000 (Вт / (м ² K))

Коэффициент конвективной теплопередачи для воздуха

Коэффициент конвективной теплопередачи для потока воздуха может быть приблизительно равен

h _c = 10,45 — v + 10 v ^1/2 (2)

где

h _c = коэффициент теплопередачи (кКал / м ² ч ° C)

v = относительная скорость между поверхностью объекта и воздухом (м / с)

Начиная с

1 ккал / м ² ч ° С = 1. 16 Вт / м ² ° C

— (2) можно изменить на

h _cW = 12,12 — 1,16 v + 11,6 v ^1/2 (2b)

где

h _cW = коэффициент теплопередачи (Вт / м ² ° C )

Примечание! — это эмпирическое уравнение, которое может использоваться для скоростей от 2 до 20 м / с .

Пример — конвективная теплопередача

Жидкость течет по плоской поверхности 1 м на 1 м. Температура поверхности 50 ^o C , температура жидкости 20 ^o C , а коэффициент конвективной теплопередачи 2000 Вт / м ^{2o С . Конвективный теплообмен между более горячей поверхностью и более холодным воздухом можно рассчитать как}

q = (2000 Вт / (м ^2o C)) ((1 м) (1 м)) ((50 ^o C) — (20 ^o C))

= 60000 (Вт)

= 60 (кВт)

Калькулятор конвективной теплопередачи

Диаграмма конвективной теплопередачи

Образец Проблема — Расчет толщины изоляции для трубы

Пример постановки задачи

Рассчитайте толщину изоляции (минимальное значение), необходимую для трубы, по которой проходит пар, при температуре 180 ⁰ C. Размер трубы составляет 8 дюймов, а максимально допустимая температура наружной стены изоляции составляет 50 ⁰ C. Теплопроводность изоляционного материала для диапазона температур трубы может быть принята равной 0,04 Вт / м · К. Потери тепла пара на метр длины трубы должно быть ограничено до 80 Вт / м.

Решение

Решение этой проблемы, как показано ниже, довольно простое.

Согласно статье о теплопроводности EnggCyclopedia,

Для радиальной теплопередачи за счет теплопроводности через цилиндрическую стенку скорость теплопередачи выражается следующим уравнением:

Для данной задачи образца

T ₁ = 50 ⁰ C
T ₂ = 180 ⁰ C
r ₁ = 8 «= 8 × 0.0254 м = 0,2032 м
k = 0,04 Вт / м · K
N = длина цилиндра

Q / N = Тепловые потери на единицу длины трубы
Q / N = 80 Вт / м

Следовательно, подставляя указанные числа в уравнение радиальной скорости теплопередачи сверху,

80 = 2π × 0,04 × (180-50) ÷ ln (r ₂ / 0,2032)

ln (r ₂ / 0,2032) = 2π × 0,04 × (180-50) / 80 = 0,4084

Следовательно, r ₂ / = r ₁ × e ^0,4084
r ₂ / = 0. 2032 × 1,5044 = 0,3057 м

Следовательно, толщина изоляции = r ₂ — r ₁
толщина = 305,7 — 203,2 = 102,5 мм

Следует взять некоторый запас на толщину изоляции, потому что, если скорость кондуктивной теплопередачи окажется выше, чем скорость конвективной теплопередачи за пределами изоляционной стены, температура внешней изоляционной стены вырастет до значений, превышающих 50 ⁰ C. Следовательно, скорость кондуктивной теплопередачи должна быть ограничена более низкими значениями, чем оценки, используемые в этом примере задачи.Цель этого примера задачи — продемонстрировать расчеты радиальной теплопроводности, а практические расчеты толщины изоляции также требуют учета конвективной теплопередачи на внешней стороне изоляционной стены.

Расчет охлаждающей нагрузки HVAC

Нет комментариев к слайду

Компания Trane считает, что производители обязаны обслуживать промышленность, регулярно распространяя информацию, собранную в результате лабораторных исследований, программ испытаний и практического опыта.

Серия Trane Air Conditioning Clinic — одно из средств обмена знаниями. Он предназначен для ознакомления нетехнической аудитории с различными фундаментальными аспектами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Мы позаботились о том, чтобы сделать клинику максимально некоммерческой и простой. Иллюстрации продуктов Trane появляются только в тех случаях, когда они помогают передать сообщение, содержащееся в сопроводительном тексте.

Эта клиника знакомит читателя с оценкой нагрузки на охлаждение и обогрев.Он предназначен для ознакомления с концепциями оценки нагрузок на охлаждение и обогрев здания и ограничивается представлением компонентов, составляющих нагрузку на здание, переменных, влияющих на каждый из этих компонентов, и простых методов, используемых для оценки этих компонентов нагрузки. Он не предназначен для обучения всем деталям или новейшим компьютерным методам расчета этих нагрузок.

Если вам интересно узнать больше о конкретных методах, используемых для оценки нагрузки охлаждения и обогрева, этот буклет включает несколько ссылок на оборотной стороне.

В этой клинике обсуждаются три основных принципа теплопередачи:

1) Тепловая энергия не может быть разрушена; он может быть перенесен только на другое вещество.
Для охлаждения необходимо отводить тепло от вещества путем передачи тепла другому веществу. Это обычно называют принципом «сохранения энергии». Кубики льда обычно помещают в напиток, чтобы охладить его перед подачей на стол. По мере передачи тепла от напитка ко льду температура напитка понижается.Тепло, отводимое от напитка, не разрушается, а вместо этого поглощается льдом, превращая лед из твердого вещества в жидкость.

2) Тепловая энергия естественным образом перетекает от вещества с более высокой температурой к веществу с более низкой температурой, другими словами, от горячего к холодному.
Тепло не может естественным образом переходить от холодного вещества к горячему. Рассмотрим пример напитка и кубиков льда. Поскольку температура напитка выше, чем температура кубиков льда, тепло всегда будет течь от напитка к кубикам льда.

3) Тепловая энергия передается от одного вещества к другому посредством одного из трех основных процессов: теплопроводности, конвекции или излучения.

Показанное устройство представляет собой плинтусный конвектор, который обычно используется для обогрева помещений. Его можно использовать для демонстрации всех трех процессов передачи тепла.

Горячая вода течет по трубке внутри конвектора, нагревая внутреннюю поверхность трубки. Тепло передается посредством теплопроводности через стенку трубы к немного более холодным ребрам, которые прикреплены к внешней поверхности трубы.Проводимость — это процесс передачи тепла через твердое тело.

Затем тепло передается холодному воздуху, который контактирует с ребрами. По мере того как воздух нагревается и становится менее плотным, он поднимается вверх, унося тепло от ребер и из конвектора. Это движение воздуха известно как конвекционный поток. Конвекция — это процесс передачи тепла в результате движения жидкости. Конвекция часто возникает в результате естественного движения воздуха, вызванного разницей температуры (плотности).

Кроме того, тепло излучается от теплого шкафа конвектора и нагревает более прохладные предметы в помещении. Радиация — это процесс передачи тепла посредством электромагнитных волн, излучаемых из-за разницы температур между двумя объектами. Что касается излучаемого тепла, то интересно то, что оно не нагревает воздух между источником и объектом, с которым соприкасается; он только нагревает сам объект.

В системе единиц I – P единицей измерения количества тепла является британская тепловая единица (БТЕ).Btu определяется как количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 ° F.

Точно так же в системе Systeme International (SI) количество тепла может быть выражено в килоджоулях (кДж). Ккал определяется как количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 кг воды на 1 ° C. Один ккал равен 4,19 кДж.

Однако при нагревании и охлаждении упор делается на скорость теплопередачи, то есть количество тепла, которое перетекает от одного вещества к другому в течение заданного периода времени.Эта скорость теплового потока обычно выражается в британских тепловых единицах в час — количество тепла в британских тепловых единицах, которое перетекает от одного вещества к другому в течение 1 часа.

Аналогично, в метрической системе единиц СИ скорость теплового потока выражается в киловаттах (кВт). Один кВт эквивалентен 1 кДж / сек. Один киловатт описывает количество тепла в кДж, которое переходит от одного вещества к другому в течение 1 секунды. Наконец, скорость теплового потока часто может быть выражена в ваттах (Вт).Один кВт эквивалентен 1000 Вт.

Процесс комфортного обогрева и кондиционирования — это просто передача энергии от одного вещества к другому. Эта энергия может быть классифицирована как энергия явного или скрытого тепла.

Явное тепло — это тепловая энергия, которая при добавлении к веществу или удалении от него приводит к измеримому изменению температуры по сухому термометру.

Изменения скрытой теплоты вещества связаны с добавлением или удалением влаги.Скрытое тепло также можно определить как «скрытую» тепловую энергию, которая поглощается или выделяется при изменении фазы вещества. Например, когда вода превращается в пар или когда пар превращается в воду.

Системы отопления и кондиционирования воздуха используют принципы теплопередачи для поддержания комфортных условий в помещении для людей. Человеческий или тепловой комфорт — это диапазон температуры, влажности и условий движения воздуха, при котором большинство людей чувствуют себя комфортно большую часть времени.Согласно ASHRAE, комфортная температура составляет от 78F (максимум летом до 68F (минимум зимой). Относительная влажность составляет от 30% до 60%.

Термин «комфорт» часто используется для определения более широкого набора условий, чем просто температура и влажность. Движение воздуха, достаточный свежий воздух, чистота воздуха, уровни шума в помещении, адекватное освещение, надлежащая мебель и рабочие поверхности — это лишь некоторые из других переменных, которые способствуют созданию комфортного пространства для его обитателей.Эта клиника, однако, сосредоточится только на аспектах теплового комфорта.

Тепловой комфорт зависит от создания среды с температурой, влажностью и движением воздуха по сухому термометру, соответствующей уровню активности людей в помещении. Эта среда позволяет телу выделять тепло и уравновешивать его теплопотери.

Исследования были проведены, чтобы показать, что при определенной скорости движения воздуха тепловой комфорт может быть обеспечен при определенных комбинациях температуры по сухому термометру и относительной влажности.При нанесении на психрометрическую диаграмму эти комбинации образуют ряд условий для обеспечения приемлемого теплового комфорта 80% людей в помещении. Эта «зона комфорта» и связанные с ней допущения определены стандартом 55 ASHRAE «Температурные условия окружающей среды для проживания человека».

Определение желаемого состояния помещения — это первый шаг в оценке нагрузки на охлаждение и обогрев помещения. В этой клинике мы выберем температуру по сухому термометру 78ºF [25,6ºC] и относительную влажность 50% (A) в качестве желаемых условий в помещении во время сезона охлаждения.

Выбор компонентов и оборудования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) всегда должен основываться на точном определении нагрузок на отопление и охлаждение здания.

В течение этого периода мы оценим охлаждающую нагрузку для отдельного помещения в одноэтажном офисном здании. В четвертом периоде мы оценим тепловые нагрузки для этого же помещения. Как указано в предисловии, эта клиника предназначена для ознакомления с концепциями оценки нагрузки на охлаждение и обогрев здания и не предназначена для охвата всех деталей.

Метод оценки разницы температур охлаждающей нагрузки / солнечной охлаждающей нагрузки / коэффициента охлаждающей нагрузки (CLTD / SCL / CLF) *, используемый на протяжении второго периода, представляет собой упрощенную процедуру ручного расчета, давно разработанную ASHRAE. Из-за своей простоты это наиболее распространенный метод, используемый для базовой инструкции по оценке охлаждающей нагрузки.

* Ссылка: Справочник ASHRAE 1997 г. — основы, глава 28, таблица 29

Охлаждающая нагрузка помещения — это скорость, с которой тепло должно отводиться из помещения для поддержания желаемых условий в помещении, обычно температуры по сухому термометру и относительной влажности.Охлаждающая нагрузка для помещения может состоять из многих компонентов, в том числе:
Отвод тепла извне через крышу, внешние стены, световые люки и окна. (Это включает эффекты солнечного света на этих внешних поверхностях.)
Солнечное излучение получает тепло через световые люки и окна.
Отвод тепла от прилегающих пространств через потолок, внутренние перегородки и пол.
Внутреннее нагревание из-за людей, света, приборов и оборудования в помещении.
Прирост тепла из-за проникновения горячего влажного воздуха в помещение извне через двери, окна и небольшие трещины в оболочке здания.

Кроме того, охлаждающий змеевик в системе HVAC здания должен обрабатывать другие компоненты общей охлаждающей нагрузки здания, в том числе:
Прирост тепла за счет наружного воздуха, преднамеренно вводимого в здание для вентиляции.
Тепло, выделяемое вентиляторами в системе, и, возможно, другие источники тепла в системе.

На протяжении всего этого периода мы будем предполагать, что в помещении нет камеры статического давления (пространства между потолком и крышей).Таким образом, все тепло, выделяемое крышей и освещением, напрямую влияет на пространство.

Эти компоненты нагрузки передают в пространство явное и / или скрытое тепло. Проводимость через крышу, внешние стены, окна, световые люки, потолок, внутренние стены и пол, а также солнечное излучение через окна и световые люки вносят в пространство только ощутимое тепло.

Люди внутри помещения выделяют как физическое, так и скрытое тепло. Освещение передает в пространство только ощутимое тепло, в то время как оборудование в помещении может передавать только физическое тепло (как в случае с компьютером) или как явное, так и скрытое тепло (как в случае с кофеваркой). Инфильтрация обычно вносит в пространство как явное, так и скрытое тепло.

Охлаждающий змеевик должен обрабатывать дополнительные компоненты вентиляции и тепловыделение системы. Вентиляция вносит в теплообменник как явное, так и скрытое тепло. Другие источники тепла, которые происходят в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (например, от вентилятора), обычно вносят только физическое тепло.

Одним из наиболее сложных аспектов оценки максимальной охлаждающей нагрузки для помещения является определение времени, в которое будет возникать эта максимальная нагрузка.Это связано с тем, что отдельные компоненты, составляющие охлаждающую нагрузку помещения, часто достигают пика в разное время дня или даже в разные месяцы года.

Например, приток тепла через крышу будет максимальным ближе к вечеру, когда на улице тепло и солнце светит на нее весь день. И наоборот, приток тепла из-за солнца, светящего через окно, выходящее на восток, будет самым высоким ранним утром, когда солнце встает на востоке и светит прямо в окно.

Определение времени возникновения максимальной общей охлаждающей нагрузки будет обсуждаться позже в этой клинике.

Комната 101 — это пространство, которое мы будем использовать в качестве примера во всей клинике. Окна выходят на запад, и солнечное тепло через эти окна достигает пика ближе к вечеру, когда солнце садится и светит прямо в окна. В связи с этим мы будем предполагать, что максимальная охлаждающая нагрузка для нашего примера пространства составляет 4 p.м.
В этом примере следующие критерии будут использоваться в качестве основы для оценки нагрузки на охлаждение и обогрев помещения.
Офисное помещение открытой планировки в одноэтажном офисном здании в Сент-Луисе, штат Миссури.
Площадь пола = 45 футов x 60 футов [13,7 м x 18,3 м].
Высота от пола до потолка = 12 футов [3,7 м] (без вентиляционной камеры между пространством и крышей).
Желаемые условия в помещении = температура по сухому термометру 78ºF [25,6ºC], относительная влажность 50% в период охлаждения; 72ºF [22,2ºC] по сухому термометру во время отопительного сезона.
Стена, обращенная на запад, высотой 12 футов x длиной 45 футов [3,7 м x 13,7 м], построенная из легкого бетонного блока 8 дюймов [203,2 мм] с алюминиевой обшивкой снаружи, 3,5 дюйма [88,9 мм] теплоизоляции, и Гипсокартон ½ дюйма [12,7 мм] с внутренней стороны.
Восемь прозрачных окон с двойным остеклением (¼ дюйма [6,4 мм]) в алюминиевых рамах. Каждое окно имеет ширину 4 фута и высоту 5 футов [1,2 м x 1,5 м].
Плоская крыша размером 45 футов x 60 футов [13,7 м x 18,3 м], построенная из бетона размером 4 дюйма [100 мм] с изоляцией 3,5 дюйма [90 мм] и стальным настилом.
Помещение занято с 8:00 до 17:00. на 18 человек, занимающихся умеренно активной работой.
Люминесцентное освещение в помещении = 2 Вт / фут2 [21,5 Вт / м2].
Компьютеры и оргтехника в помещении = 0,5 Вт / фут2 [5,4 Вт / м2] плюс одна кофеварка.
Чтобы упростить этот пример, мы предположим, что, за исключением внешней стены, обращенной на запад, комната 101 окружена помещениями, которые кондиционируются до той же температуры, что и это пространство.

Внешние проектные условия
В первом периоде мы обсудили внутренние условия, необходимые для теплового комфорта.Следующим шагом к оценке охлаждающей нагрузки помещения является определение наивысшей, часто встречающейся температуры наружного воздуха. Летом, например, когда на улице высокая температура, тепло передается из помещения в помещение, что способствует увеличению тепла в помещении.
Очевидно, что размеры систем отопления, вентиляции и кондиционирования были бы слишком велики, если бы расчет охлаждающей нагрузки основывался на самой экстремальной наружной температуре, когда-либо зарегистрированной для данного места. Вместо этого расчетные наружные температуры основаны на их частоте появления.Расчет наружных условий для многих мест можно найти в Руководстве ASHRAE — Основы.
Рисунок 16, Расчетные внешние условия для Сент-Луиса, штат Миссури, включает три столбца с температурами по сухому термометру и соответствующими температурами по влажному термометру.