Определение теплоемкости тепло-аккумулятора жилого здания

 

Теплоемкие вещества: стальной бак и пластины, вода, грунтовая засыпка (песок).

Внутренний объем бака, м³:

                                      

где a - длина, м, a = 0,5; b - ширина, м, b = 0,5; c - высота, м, с = 2; d - толщина стенки бака, м, d_bak = 0,005.

Наружный объем бака, м³:

= 0,5

Наружный объем, занимаемый баками, м³:

где n - количество баков, шт.

42

Общий внутренний объем баков, м³:

40,34

Объем занимаемый материалом из которого сделаны баки, м³:

                                                  

1,66

Масса материала баков, кг:

где rm_bak - плотность материала из которого сделаны баки, кг/м³, rm_bak = 7850.

1,31^.10⁴

Объем занимаемый пластинами, м³:

                                                      

где d_PL - толщина пластины, м, d_PL = 0,01; S_PL - площадь пластины 46,27 м².

Масса пластин, кг:

,

Количество аккумулируемой теплоты массой материала бака и пластины, кДж:

                                      

где Cm_bak - массовая теплоемкость материала баков, кДж/кг×°С, Cm_bak = 0,482; t1 - температура до зарядки, °С, t1 = 5; t2 - температура после зарядки, °С, t2 = 70.

Масса воды в баках, кг:

где r_vod - плотность воды, кг/м³, r_vod = 1000.

Количество аккумулируемой теплоты массой воды, кДж:

                                             

 где Cm_vod - теплоемкость воды, кДж/(кг×°С), Cm_vod = 4,19.

Объем, отведенный под теплоаккумулятор, м³:

где S_ak - площадь отведенная под теплоаккумулятор, м²; h_ak - расстояние между пластинами, м, h = 2.

Объем под засыпной материал, м³:

Масса засыпного материала, кг:

где r_ZM - плотность засыпного материала (песка), кг/м³, r_ZM = 1600.

Количество аккумулируемой теплоты массой засыпного материала, кДж:

где Cm_ZM - теплоемкость засыпного материала (песок), кДж/(кг×°С), Cm_ZM = 0,84.

Общее количество аккумулируемой теплоты массой теплоаккумулятора, кДж:

Общая масса аккумулятора, кг:

Отношение количества теплоты к массе, кДж/кг:

,

Отношение количества теплоты к объему, кДж/м³:

,

Расчет производился на персональном компьютере с использованием программы "Mathcad Professional". Результаты расчетов сведены в таблицу.

                                                                                                                           Таблица 13

Наименование	Размерн.	Секция № 1	Секция № 2	Секция № 3	Итого на аккумулятор
Количество баков, n	шт	84	84	84	252
Наружный объем баков, VnОБbak	м3	42	42	42	126
Внутренний объем баков, VvОБbak,	м3	40,34	40,34	40,34	121,02
Объем материала баков, Vmbak	м3	1,66	1,66	1,66	4,98
Масса материала баков, mbak	кг	1,31×104	1,31×104	1,31×104	3,93×104
Площадь пластины, SPL	м2	46,27	46,27	46,27	138,81
Объем пластин, VPL	м3	92,56	92,56	92,56	277,68
Масса пластин, mPL	кг	7,27×105	7,27×105	7,27×105	21,81×105
Количество теплоты, аккумулируемое массой материала баков и пластины, QbakPL	кДж	2,32×107	2,32×107	2,32×107	6,96×107
Масса воды в баках, mvod	кг	4,03×104	4,03×104	4,03×104	12,09×104
Количество теплоты, аккумулируемое массой воды, Qvod	кДж	1,10×107	1,10×107	1,10×107	3,30×107
Площадь аккумулятора, Sak	м2	61,90	61,90	61,90	185,7
Объем аккумулятора, Vak	м3	123,8	123,8	123,8	371,4
Объем засыпного материала, VZM	м3	81,8	81,8	81,8	245,4
Масса засыпного материала, mZM	кг	1,31×105	1,31×105	1,31×105	3,93×105
Количество теплоты, аккумулируемое массой засыпного материала, QZM	кДж	7,15×106	7,15×106	7,15×106	21,45×106
Общее количество аккумулируемой теплоты, Qak	кДж	4,13×107	4,13×107	4,13×107	12,39×107
Общая масса, mak	кг	9,11×105	9,11×105	9,11×105	27,33×105
Отношение количества теплоты к массе, qmak	кДж/кг	45,35	45,35	45,35	45,35
Отношение количества теплоты к объему, qvak	кДж/м3	3,34×105	3,34×105	3,34×105	3,34×105

 

 

Определение тепловых потерь бака-аккумулятора жилого здания

 

Теплопотери через наружное ограждение, Вт, определяем по формуле:

где S_ogr - площадь ограждения, для 1-ой и 3-ей секций - S_ogr = 44,6 м², для 2-ой секции - S_ogr = 44,6 м²;

 R_ogr - термическое сопротивление стены, (м²×°C)/Вт.

,

где d₁ - толщина гидроизоляции, м, d₁ = 0,01; l₁ - коэффициент теплопроводности гидроизоляции, Вт/(м×°C), l_giz = 0,27; d₂ - толщина теплоизоляции, м, d₂ = 0,1; l₂ - коэффициент теплопроводности теплоизоляции, Вт/(м×°C), l₂ = 0,05; d₃ - толщина стены, м, d_ogr = 0,64; l₃ - коэффициент теплопроводности стены, Вт/(м×°С), l₃ = 2,04.

Теплопотери через пол, Вт, находим по формуле:

где S_pol - площадь пола, 46,27 м²;

R_pol - термическое сопротивление пола, (м²×°С)/Вт.

где d₁ - толщина гидроизоляции, м, d₁ = 0,01; l₁ - коэффициент теплопроводности гидроизоляции, Вт/(м×°C), l_giz = 0,27; d₂ - толщина теплоизоляции, м, d₂ = 0,1; l₂ - коэффициент теплопроводности теплоизоляции, Вт/(м×°C), l₂ = 0,05; d₃ - толщина пола, м, d_ogr = 0,30; l₃ - коэффициент теплопроводности стены, Вт/(м×°С), l₃ = 2,04.

Общие теплопотери теплоаккумулятора, Вт, определяем по формуле:

Отношение теплопотерь к объему теплоаккумулятора, Вт/м³:

Отношение потерь теплоаккумулятора к площади, Вт/м²:

Все расчеты и исследования по выбору режимов производились на персональном компьютере с использованием математического пакета программ типа "Mathcad Professional".

Результаты расчетов сведены в таблицу.

 

 

                                                                                                                             Таблица 14

Наименование	Размерн.	Секция № 1	Секция № 2	Секция № 3	Итого на аккумулятор
Термическое сопротивление стены, Rogr	м2×°С/Вт	2,35	2,35	2,35	2,35
Площадь стены, S_ogr	м2	44,6	24,0	44,6	113,2
Теплопотери через стены, Qogr	Вт	1234	664	1234	16096
Площадь пола, S_pol	м2	46,27	46,27	46,27	138,81
Термическое сопротивление пола, Rpol	м2×°С/Вт	2,19	2,19	2,19	2,19
Теплопотери через пол, Qpol	Вт	1373	1373	1373	4119
Общие теплопотери, Qpotak	Вт	2607	2037	2607	7251
Отношение теплопотерь к объему теплоаккумулятора, qvpotak	Вт/м3	21,06	16,45	21,06	19,52
Отношение потерь теплоаккумулятора к площади, qspotak	Вт/м2	42,12	32,91	42,12	39,05