Процессы формирования и обеспечения микроклимата в

Глазунова Е.К., Скорик Т.А.

Г?? Основы обеспечения микроклимата зданий (включая теплофизику здания): учебное пособие. Часть 2. – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2014. –108 с.

Во второй части пособия рассматриваются основные способы расчета тепловой нагрузки на системы отопления-охлаждения, процессы формирования и обеспечения микроклимата помещений, энергопотребление и энергосбережение систем обеспечения микроклимата.

Учебное пособие (часть 1, 2) предназначено для подготовки бакалавров направления 270800 «Строительство» профиля «Теплогазоснабжение и вентиляция» и соответствует рабочей программе дисциплины.

УДК 697.9

© Ростовский государственный

строительный университет, 2013

© Глазунова Е.К., Скорик Т.А., 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1Тепловая нагрузка на системы отопления-охлаждения и определение

воздухообмена в помещении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1Тепловой баланс помещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2 Потери теплоты через наружные ограждения (трансмиссионные

теплопотери). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 8

1.3 Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного

воздуха через ограждающие конструкции помещения . . . . . . . . .. . . . 17

1.4 Поступления теплоты в помещения за счет солнечной радиации. . . 20 1.5 Поступления теплоты в помещения от других источников:

1.5.1 Теплопоступления от людей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1.5.2 Теплопоступления от освещения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.5.3 Тепловыделения от электродвигателей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1.5.4 Тепловыделения от электропечей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1.5.5 Тепловыделения от нагретых поверхностей . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

1.5.6 Тепловыделения от остывающих материалов. . . . . . . . . . . . . . . . .34

1.5.7 Теплопоступления от оргтехники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

1.6 Баланс вредных выделений в помещении. Основное дифференциальное

уравнение воздухообмена. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

1.7 Определение воздухообмена по теплоизбыткам, влаге, газам и

кратности. Санитарная норма воздуха. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Процессы формирования и обеспечения микроклимата в

помещении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.1 Воздействие наружной среды на формирование микроклимата в помещении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.1.1 Обтекание здания потоком воздуха. Зона аэродинамического

следа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.1.2 Аэродинамические характеристики здания. . . . . . . . . . . . . . . . .48

2.2 Струйные течения в помещении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.2.1 Приточные струи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

2.2.2 Свободные изотермические струи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.2.3 Неизотермические свободные струи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.2.4 Конвективные струи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.3 Движение воздуха около вытяжных отверстий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

2.4 Схемы движения воздуха в вентилируемых помещениях. . . . . . . . . . . 70

2.5 Принципиальные схемы организации воздухообмена. . . . . . . . . . . . . . 77

2.6 Процессы изменения состояния влажного воздуха в системах вентиляции

и кондиционирования помещений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

2.6.1 i –d - диаграмма влажного воздуха. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82

2.6.2 Процессы изменения состояния влажного воздуха. . . . . . . . . . . . 85

2.6.3 Процессы тепло- и массообмена воздуха с водой в аппаратах кондиционирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

3 Энергопотребление и энергосбережение систем обеспечения микроклимата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

3.1 Годовой расход энергии на отопление-охлаждение. . . . . . . . . . . . . . 98

3.2 Годовой расход энергии на вентиляцию. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.3 Энергосбережение в системах обеспечения микроклимата. . . . . . . . 105

Библиографический список. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

Введение

Данная работа является второй частью учебного пособия, предназначенного для изучения дисциплины «Основы обеспечения микроклимата зданий (включая теплофизику здания)». С учетом основных положений, представленных в базовой литературе [6,9,8], в данной части пособия рассмотрены основы составления теплового баланса помещений, виды вредностей и составление баланса по вредностям, определение воздухообменов для ассимиляции теплоизбытков и различных видов вредностей, что необходимо для расчета тепловой нагрузки отопления-охлаждения и определения воздухообмена, а также для выбора рациональных технических средств обеспечения микроклимата в помещении.

Рассмотрены вентиляционные процессы обеспечения микроклимата помещений, включающие организацию воздухообмена, закономерности развития струй, образующиеся у приточных отверстий и вытяжные факелы около вытяжных отверстий вентиляционных систем. Для решения ряда задач вентиляционного процесса необходимо знать распределение потоков воздуха снаружи здания, скорости, давления и других аэродинамические характеристик здания.

В вентиляционных процессах, регулирующих микроклимат в помещении, происходят изменения тепловлажностного состояния воздуха, которые удобно прослеживать и рассчитывать с помощью диаграммы. Построение процессов необходимо для выбора схемы обработки воздуха и расчета затрат теплоты, холода и влаги, необходимых для такой обработки.

Приведены способы оценки годового потребления энергии системами климатизации зданий и основные способы повышения их энергоэффективности.

Тепловой баланс помещения

В процессе формирования микроклимата помещений участвуют возмущающие воздействия (наружная среда, технологические процессы внутри помещения) и регулирующие воздействия (системы отопления, вентиляции и кондиционирования) ( см. [12], раздел 1.3), которые должны компенсировать теплонедостатки или теплоизбытки с целью обеспечения в помещении требуемой температуры воздуха.

Системы климатизации подают в помещения потоки теплоты, влаги и свежего воздуха. Если для определения тепловой мощности системы отопления необходимо определить теплонедостаток в холодный период года, то для систем вентиляции и кондиционирования – избытки теплоты в наиболее теплый период года т.к. они определяют их производительность и холодильную мощность.

Следует иметь в виду, что и возмущающие, и регулирующие воздействия изменяются в течение суток, закономерности их изменений различны, и поэтому они по-разному воздействуют на изменение температуры в помещении. Поэтому тепловую нагрузку систем следует находить учитывая

нестационарность процессов, обуславливающих запаздывание реакции температуры воздуха на то или иное тепловое воздействие.

В общем случае считают, что тепловая нагрузка систем определяется как алгебраическая сумма тепловых потоков, поступающих в данный момент времени в помещение с учетом знака, а именно: тепловой поток со знаком «плюс» соответствует теплопоступлению ΣQ_пост, Вт, а со знаком «минус» теплопотерям ΣQ_пот., Вт.

Таким образом, теплоизбытки (+∆Q) или теплонедостатки (–∆Q) могут быть определены следующим образом

±∆Q= ΣQ_пост.– ΣQ_пот , (1.1)

где ΣQ_пост. – суммарные поступления теплоты;

ΣQ_пот. – суммарные потери (расход теплоты).

Основные составляющие потерь (стоки) теплоты (рисунок 1.1):

– потери теплоты через ограждающиеся конструкции;

–расход теплоты, необходимой для нагревания наружного инфильтрационного воздуха;

–теплота, необходимая на нагревание материалов, оборудования, транспорта, которые холодными попадают в производственные помещение;

– технологические процессы в производственных помещениях, связанные с испарением жидкости или другие процессы, сопровождающиеся затратами теплоты;

Основные составляющие поступлений теплоты (теплопритоки):

– теплота, выделяемая людьми;

– теплота от искусственного освещения;

– теплота от нагретого оборудования и изделий в производственных помещениях;

– теплота, выделяемая при расходовании механической или электрической энергии, которая в результате сил трения, переходит в теплоту;

– теплота, поступающая в результате воздействия солнечной радиации.

Рисунок 1.1 – Теплопритоки и стоки теплоты в жилых и общественных зданиях

Примечания

1. Для помещений без световых проемов (зрительные залы и т.п.) теплопоступления от

освещения учитывают во все периоды года в одинаковом размере. Теплопоступления от

солнечной радиации в теплый и переходный период года учитываются, только если такое

помещение находится на последнем или единственном этаже – это будут теплопоступления через покрытие или чердачное перекрытие.

2. При «глубоких» помещениях (глубиной больше 6 м от оконных проемов)

теплопоступления от освещения учитывают также в теплый и переходный период от

источников, освещающих ту часть помещения, которая удалена от окон более чем на 6 м

от окон, совместно с теплопоступлениями от солнечной радиации.

3. Частичный учет теплоты от искусственного освещения в теплый и переходный

периоды года с коэффициентом 0,3….0,5 по сравнению с холодным периодом года также

возможен в помещениях, в которых часть светильников работает днем (читальные залы,

офисы, залы ресторанов и т.п.).

Когда известна мощность светильников, то тепловыделения от источников света можно определить по формуле

Q_осв. = N_осв. · η_осв., (1.37)

где N_осв. – установленная мощность освещения, Вт;

η_осв. – доля теплоты, поступающая от светильника в различные зоны

помещения (таблица 1.6).

Таблица 1.6 – Доли теплоты η_осв., излучаемого источником света, поступающие в рабочую (числитель) и верхнюю (знаменатель) зоны помещения.

Тип источника освещения	Способ установки светильника
у потолка	> 0,5 м от потолка	За подшивным потолком	Вентилируемый светильник
Лампы накаливания
Люминисцентные лампы

1.5.3 Тепловыделения от электродвигателейQ _эл.дв., Вт, определяются по формуле

, (1.38)

где N – номинальная установочная мощность электродвигателя, кВт;

Ψ – коэффициент, учитывающий степень загрузки электродвигателя (для механических и механосборочных станков ψ=0,25).

1.5.4 Тепловыделения от электропечейQ_эл.п., Вт, определяются по формуле

Q_эл.п.= 1000·N·k_эл.п. , (1.39)

где N – установочная мощность электропечи, кВт;

k_эл.п. – коэффициент, учитывающий долю теплоты, поступающей в цех,

например, для электродуговых печей к_эл.п.= 0,33, для электрованн

к_эл.п.= 0,3 и т.д.

1.5.5 Тепловыделения от нагретых поверхностейQ, Вт,определяются по формуле

, (1.40)

где α_пов – коэффициент теплоотдачи поверхности, Вт/(м²·⁰С):

для поверхности стенок укрытий, зонтов, воздуховодов ;

для поверхности нагретой воды ;

t_пов – температура поверхности, ^оС;

t_в – температура воздуха в помещении, ^оС;

F_пов– площадь поверхности, м²;

v_в – скорость воздуха над поверхностью, м/с.

1.5.6 Тепловыделения от остывающих материалов Q_м, Вт, определяются по формуле

, (1.41)

где G – масса материала, кг/ч;

с – массовая теплоёмкость материала, кДж/(кг·^оС);

t_н – начальная температура материала, ^оС;

t_к – конечная температура материала, ^оС.

1.5.7 Теплопоступления от оргтехники.В офисных и других служебных помещениях обычно установлены компьютеры и оргтехника. Мощность их учитывают , как правило, полностью, без понижающих коэффициентов. Т.е. теплопоступления от оргтехники Q_орг., Вт, могут быть определены по формуле

Q_орг. = ∑N_орг. , (1.42)

где N_орг. – общая мощность всех видов оргтехники, установленных в

помещении,Вт.

Теплопоступления в помещения от других источников могут быть рассчитаны по формулам, приводимым в справочной литературе и по данным технологов.

Приточные струи

Определяющую роль в формировании полей скоростей, температур и концентраций в помещении играют приточные струи и создаваемые ими циркуляционные течения.

При помощи приточных струй можно в отдельных местах помещения создавать условия, отличающиеся от всего окружающего пространства, например, воздушные души, которые создают поток воздуха, направленный на ограниченное рабочее место или непосредственно на рабочего, обеспечивая на постоянных рабочих местах требуемые метеорологические условия. Это воздушные завесы, которые в результате создания высокоскоростного воздушного потока не дают теплому воздуху выходить наружу и не впускают холодный воздух в помещение.

Конвективные (тепловые) струи, возникающие возле нагретых или охлажденных поверхностей также оказывают влияние на распространение вредностей в помещении.

Воздушной струей называется направленный поток воздуха с конечными поперечными размерами.

В технике вентиляции приходиться иметь дело со струями воздуха истекающего в помещение, так же заполненное воздухом – такие струи называютсязатопленными.

Классификация струй

1. По виду энергии расходуемой на их образование струи делятся на механические и конвективные;

2. По изотермичности струи могут быть изотермическими,когда температура во всем объеме струи равна температуре окружающего воздуха, и неизотермическими, у которых температура по мере развития струи меняется, приближаясь к температуре окружающего воздуха.

3. По гидродинамическому режиму струи делятся на ламинарныеи турбулентные;

4. По стесненности струи могут быть свободными,когда их развитию ничто не мешает, и стесненные(полуограниченные, ограниченные, тупиковые);

5. В зависимости от формы приточного отверстия:

а) – компактные(образованные при истечении воздуха из круглых, квадратных и прямоугольных отверстий).

Струя, истекающая из круглого отверстия, остается осесимметричной по всей длине своего развития (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Струя, истекающая из круглого насадка без принудительного изменения направления – компактная, круглая, осесимметричная

б) – конические струи образуются при истечении из круглого отверстия с диффузорами для принудительного расширения (векторы скоростей на выходе непараллельные). Эта струи также компактные и осесимметричные.

Рисунок 2.3 – Коническая струя

в) – плоские струи образуются при истечении из щелевых отверстий бесконечной длины.

В реальных условиях плоской называют струю, истекающую из щелевидного насадка с соотношением сторон ℓ₀ : 2в₀ ≥20 .

Рисунок 2.4 – Плоская струя

Компактные и плоские струи называются прямоточными, если векторы скоростей при истечении параллельны, или рассеянными, если векторы скоростей расходятся под некоторым углом.

Г) - кольцевые струи образуются при истечении из кольцевой щели под углом к оси подводящего канала β<180º

Рисунок 2.5 – Кольцевая струя

При β≈135º струю называют полой конической

Рисунок 2.6 – Полая коническая струя

При β=90º струю называютполной веерной. Можно сказать, что полная веерная струя образуется, если угол принудительного рассеивания составляет 360º, неполная веерная– у которой этот угол меннее 360º. (Т.е. веерные струи образуются при подаче воздуха в помещение через насадки с препятствием, установленным поперек потока).

Рисунок 2.7 – Полная веерная струя

При β>160º может образовываться компактная струя .

Независимо от формы все струи, у которых при истечении нет принудительного изменения их направления, на некотором расстоянии от насадка расширяются; угол бокового расширения 12° 25´.

Д) – закрученные струи образуются при наличии в воздуховыпускающем отверстии закручивающего устройства или при тангенциальном подводе воздуха.

Конвективные струи

При соприкосновении с нагретой поверхностью воздух нагревается и становится легче. Вследствие разности плотностей нагретых и холод­ных частиц воздуха возникает подъемная сила, под действием которой нагретые частицы поднимаются; на их место поступают новые части­цы — холодные, которые также нагреваются и поднимаются. Таким об­разом, образуется восходящий тепловой поток, определяемый наличием теплообмена у нагретой поверхности.

Чем больше передается тепла, тем интенсивнее движение воздуха. Так как количество переданного тепла пропорционально разности тем­ператур и площади нагретой поверхности, то и свободное движение воздуха определяется именно этими факторами. Температурным напо­ром определяется разность плотностей и, следовательно, подъемная си­ла, а площадью поверхности — зона распространения процесса.

В результате подмешивания окружающего воздуха к тепловому потоку формируется распределение скорости и температуры.

Формирование конвективных струй зависит от расположения нагретых поверхностей (рисунок 2.11, 2.12, 2.14).

Движение воздуха на различных уровнях вертикальнойнагретой стенки происходит по-разному (рисунок 2.11, 2.14а)

Рисунок 2.11 – Характер свободного движения воздуха около вертикальной нагретой поверхности

В нижней её части воздух стелется по поверхности утолщающим слоем – ламинарное движение, выше появляются завитки, бегущие вдоль поверхности –

локонообразное движение, и, наконец, в верхней части стенки «локоны» отрываются и в виде вихрей распространяются в окружающей среде – турбулентное движение.

Движение воздуха около горизонтальных нагретых поверхностей очень сложное и зависит от положения поверхности и ее размеров. Когда нагретая плита обращена вверх, движение происходит по схеме на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12 – Характер свободного движения около горизонтальных нагретых поверхностей

Если же плита при этом имеет большие размеры, то вследствие налипания с краев сплошного потока нагретого воздуха центральная часть плиты оказывается изолированной и воздух к ней будет подтекать только сверху (рисунок 2.12 б).

В соответствии с этим можно представить схему тепловой струи, возникающей над нагретым горизонтальным источником, обращенным вверх. (рисунок 2.13).

Рисунок 2.13 – Схема конвективной струи в неограниченном пространстве

В тепловой струе можно выделить четыре зоны: I – пограничный слой. Состоящий из ламинарного подслоя, расположенного непосредственно у поверхности нагретой пластины, и основного пограничного слоя; II – разгонный участок; III–переходный участок; IV–основной участок.

В пограничном ламинарном слое движение происходит вдоль поверхности, вертикальная составляющая скорости ничтожна. Тепло от нагретой пластины передается воздуху теплопроводностью, поэтому здесь имеется значительный перепад температур. В пределах основного пограничного слоя может быть ламинарное или турбулентное движение воздуха в зависимости от величины произ­ведения критериев Грасгофа и Прандтля. При Gr Pr≥l⋅10⁶ наблюдает­ся развитое турбулентное движение.

Нагретый воздух из пограничного слоя поднимается над горячей пластиной отдельными струйками, а на его место опускается холодный воздух. Толщина пограничного слоя равна примерно 0,2d. Интенсив­ность подтекания воздуха в пограничном слое больше, чем в вышеле­жащей части струи (на единицу высоты струи).

В разгонном участке в основном проявляются архимедовы силы, и под их действием скорость движения воздуха непрерывно возрастает, статическое давление уменьшается, что и приводит к уменьшению сечения струи. В конце разгонного участка струя имеет наименьшее сече­ние. Это сечение называют переходным или сжатым. Сжатое сечение на­ходится на расстоянии примерно 2d от полюса струи.

Максимальная осевая скорость струи наблюдается несколько выше конца разгонного участка. В пределах этой части струи, а также во всей последующей ее части происходит подмешивание к ней окружающего воздуха, оказывающего тормозящее действие на скорость ее подъема.

В переходном участке происходит преобразование начальных по­перечных профилей скоростей и избыточных температур в профили, ха­рактерные для основного участка.

Во всех сечениях основного участка наблюдается подобие попереч­ных профилей скоростей и избыточных температур.

В переходном и основном участках вместе с подъемными силами действуют и силы турбулентной вязкости, под действием которых струя непрерывно расширяется. Угол бокового расширения струи а может быть принят как и для приточных свободных струй без принудитель­ного расширения равным 12°25'.

Расчетные зависимости для тепловых струй по исследованиям В. М. Эльтермана и И. А. Шепелева приводятся в их работах.

Рисунок 2.14 – Схема формирования конвективных струй: а – у вертикальной нагретой поверхности; б – у вертикальной охлажденной поверхности; в – над компактной или осесимметричной нагретой поверхностью, заделанной заподлицо с плоскостью; д – Над объемной нагретой поверхностью источника; е – над нагретой поверхностью, расположенной в углублении; ж – над нагретой объемной поверхностью источника.

Библиографический список

1. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. 1. Отопление. /В.Н. Богословский и др.; Под ред. И.Г. Староверова и Ю.И. Шиллера.-4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1990.-344 с. (Справочник проектировщика).

2.Внутренние санитарно-технические устройиства. В 3 ч. Ч.3 Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн.1. / В.Н. Богословский, А.И. Пирумов, В.Н. Посохин и др.; Под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера. –4-е изд., перераб. и доп. –М.: Стройиздат, 1992-319 с. (Справочник проектировщика).

3.Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн.2. / Б.В. Баркалов, Н.Н. Павлов и др.; Под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера. –4-е изд., перераб. и доп. –М.: Стройиздат, 1992-416 с. (Справочник проектировщика).

4. ГОСТ 12.1.005-88 . Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

5 . ГОСТ 30494 . Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

Полушкин В.И., Русак О.Н., Бурцев С.И., Анисимов С.М., Васильев В.Ф. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Теоретические основы создания микроклимата в помещении. С.–П.: Профессия, 2002. 160 с.

10. Сан Пин 2.2.548.96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений

11. Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление: Учебник для ВУЗов–М.:Издательство АСВ, 2002.-576 с.

12. Скорик Т.А., Глазунова Е.К. Основы обеспечения микроклимата зданий (включая теплофизику здания). Часть 1: учебное пособие.–Ростов н/Д: Рост.гос.строит.ун-т, 2013. – 155 с.

13. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003.

14. СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003.

15. СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99.

Глазунова Е.К., Скорик Т.А.

Г?? Основы обеспечения микроклимата зданий (включая теплофизику здания): учебное пособие. Часть 2. – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2014. –108 с.

Во второй части пособия рассматриваются основные способы расчета тепловой нагрузки на системы отопления-охлаждения, процессы формирования и обеспечения микроклимата помещений, энергопотребление и энергосбережение систем обеспечения микроклимата.

Учебное пособие (часть 1, 2) предназначено для подготовки бакалавров направления 270800 «Строительство» профиля «Теплогазоснабжение и вентиляция» и соответствует рабочей программе дисциплины.

УДК 697.9

© Ростовский государственный

строительный университет, 2013

© Глазунова Е.К., Скорик Т.А., 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1Тепловая нагрузка на системы отопления-охлаждения и определение

воздухообмена в помещении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1Тепловой баланс помещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2 Потери теплоты через наружные ограждения (трансмиссионные

теплопотери). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 8

1.3 Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного

воздуха через ограждающие конструкции помещения . . . . . . . . .. . . . 17

1.4 Поступления теплоты в помещения за счет солнечной радиации. . . 20 1.5 Поступления теплоты в помещения от других источников:

1.5.1 Теплопоступления от людей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1.5.2 Теплопоступления от освещения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.5.3 Тепловыделения от электродвигателей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1.5.4 Тепловыделения от электропечей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1.5.5 Тепловыделения от нагретых поверхностей . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

1.5.6 Тепловыделения от остывающих материалов. . . . . . . . . . . . . . . . .34

1.5.7 Теплопоступления от оргтехники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

1.6 Баланс вредных выделений в помещении. Основное дифференциальное

уравнение воздухообмена. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

1.7 Определение воздухообмена по теплоизбыткам, влаге, газам и

кратности. Санитарная норма воздуха. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Процессы формирования и обеспечения микроклимата в

помещении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.1 Воздействие наружной среды на формирование микроклимата в помещении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.1.1 Обтекание здания потоком воздуха. Зона аэродинамического

следа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.1.2 Аэродинамические характеристики здания. . . . . . . . . . . . . . . . .48

2.2 Струйные течения в помещении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.2.1 Приточные струи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

2.2.2 Свободные изотермические струи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.2.3 Неизотермические свободные струи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.2.4 Конвективные струи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.3 Движение воздуха около вытяжных отверстий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

2.4 Схемы движения воздуха в вентилируемых помещениях. . . . . . . . . . . 70

2.5 Принципиальные схемы организации воздухообмена. . . . . . . . . . . . . . 77

2.6 Процессы изменения состояния влажного воздуха в системах вентиляции

и кондиционирования помещений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

2.6.1 i –d - диаграмма влажного воздуха. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82

2.6.2 Процессы изменения состояния влажного воздуха. . . . . . . . . . . . 85

2.6.3 Процессы тепло- и массообмена воздуха с водой в аппаратах кондиционирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

3 Энергопотребление и энергосбережение систем обеспечения микроклимата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

3.1 Годовой расход энергии на отопление-охлаждение. . . . . . . . . . . . . . 98

3.2 Годовой расход энергии на вентиляцию. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.3 Энергосбережение в системах обеспечения микроклимата. . . . . . . . 105

Библиографический список. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

Введение

Данная работа является второй частью учебного пособия, предназначенного для изучения дисциплины «Основы обеспечения микроклимата зданий (включая теплофизику здания)». С учетом основных положений, представленных в базовой литературе [6,9,8], в данной части пособия рассмотрены основы составления теплового баланса помещений, виды вредностей и составление баланса по вредностям, определение воздухообменов для ассимиляции теплоизбытков и различных видов вредностей, что необходимо для расчета тепловой нагрузки отопления-охлаждения и определения воздухообмена, а также для выбора рациональных технических средств обеспечения микроклимата в помещении.

Рассмотрены вентиляционные процессы обеспечения микроклимата помещений, включающие организацию воздухообмена, закономерности развития струй, образующиеся у приточных отверстий и вытяжные факелы около вытяжных отверстий вентиляционных систем. Для решения ряда задач вентиляционного процесса необходимо знать распределение потоков воздуха снаружи здания, скорости, давления и других аэродинамические характеристик здания.

В вентиляционных процессах, регулирующих микроклимат в помещении, происходят изменения тепловлажностного состояния воздуха, которые удобно прослеживать и рассчитывать с помощью диаграммы. Построение процессов необходимо для выбора схемы обработки воздуха и расчета затрат теплоты, холода и влаги, необходимых для такой обработки.

Приведены способы оценки годового потребления энергии системами климатизации зданий и основные способы повышения их энергоэффективности.