Методика расчета теплопотерь на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха

Исходные данные:

Температура наружного воздуха t_н и средняя по зданию температура внутреннего воздуха t_в, скорость ветра в ХП v_Н, м/с. Значения t_н и v_Н принимаются для ХП по параметрам «Б».

Характеристики здания:

высота здания – Н, м; длина – L, м; ширина – В, м; А_о.Н, А_о.Б1, А_о.Б2, А_о.З – площади остекления наветренного, 1-го и 2-го боковых и заветренного фасадов, м² – определяются по чертежам;

экономайзерный коэффициент А_э – принимается в зависимости от конструкции окна из первой части курсовой работы;

h_iЭ – высота от уровня земли до центра окна i-го этажа, м;

сопротивление воздухопроницанию окон R_И.ОК, м²·ч/кг, принимается из курсовой работы по Строительной теплофизике;

средние величины аэродинамических коэффициентов фасадов по [9]:

наветренный фасад – С_Н = 0,8;

заветренный фасад – С_З= –0,6

боковой фасад – С_Б принимают равным С_Н или –0.4.

Инфильтрация происходит в зоне, где давление наружного воздуха Р_Н, Па, оказывается больше внутреннего давления воздуха в здании Р₀. Для удобства будем рассматривать избыточные давления по отношению к атмосферному. Тогда величина удельного расхода инфильтрующегося воздуха g_ИНФ, кг/(ч∙м²), определяется по следующему выражению:

Здесь ΔР_р = Р_Н – Р₀ – расчетная разность давлений воздуха по обе стороны остекления, Па. Наружное давление складывается из гравитационного (аэростатического) Р_НГ и ветровогоР_VН на наветренной стороне здания и Р_VБ – на боковой. Внутреннее давление так же состоит из гравитационной составляющей Р_0Г, зависящей отмаксимальной величины Р_НГ, и из ветровойР_0V, связанной с Р_VН, Р_VБ и площадью остекления здания на наветренной, заветренной и боковых сторонах здания. Поэтому при неравномерной остекленности здания величина Р_0V, а значит, и в целом Р₀, будет зависеть от направления ветра.

Предварительные вычисления:

Плотность воздуха снаружи здания: , кг/м³.

Плотность воздуха в здании: , кг/м³.

Разность удельного веса воздуха снаружи и в здании:

, Н/м³.

Максимальная величина избыточного гравитационного давления на уровне земли: , Па

Избыточное ветровое давление на наветренном фасаде:

, Па.

Избыточное ветровое давление на боковом фасаде:

, Па.

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА:

1.Принимаем направление ветра на 1-й фасад.

2. Вычисляем избыточное давление воздуха в здании Р₀, Па:

, где – гравитационная составляющая Р₀; – ветровая составляющая.

3. Вычисляем избыточное давление воздуха с наветренной стороны здания на уровне центра окон каждого этажа:

; , Па;

и то же для боковой стороны: , Па.

4. Вычисляем расчетную разность давления с двух сторон окон каждого этажа на наветренной стороне.

, Па; и то же для боковой стороны: , Па.

Если DP_iэ или DP_iэ.Б >0 , то продолжаем вычисления с п. 5 по п .8.

5. Вычисляем расход воздуха, проходящего через 1 м²окна на каждом этаже для наветренной и боковой сторон:

, кг/(ч·м²).

6. Вычисляем удельный поток теплоты на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха на каждом этаже для наветренной или боковой сторон:

, Вт/м².

7. Повторяем все расчеты, принимая направление ветра на другие фасады здания.

Результаты удобнее представить в виде заполненных таблиц (см. пример).

8. Вычисляем теплозатраты на инфильтрацию по помещениям Q_И, Вт:

а) Если помещение выходит на один фасад, то: ;

где берется для соответствующего этажа из варианта, когда наветренным является фасад, на который выходит помещение; ΣА_ок – суммарная площадь окон в помещении, м².

б) Если помещение выходит на два или более фасада: сравниваем варианты суммарных теплозатрат на инфильтрацию при различных направлениях ветра, например ; . Здесь А₁ иА₂ – площадь окон в помещении, выходящих соответственно на 1-й и 2-й фасад, м²; индексы 1 и 2 у значений q_ИНФ означают номера вариантов.

Пример расчета инфильтрационных теплопотерь

Общественное двухэтажное здание: Амбулатория на 100 посещений в смену с аптекой IV группы в конструкциях.

Район строительства – г. Краснодар. Температура наружного воздуха в ХП по параметрам «Б» t_н5 = –19^оС, расчетная скорость ветра v_Н =3,2м/с [1], но поскольку v_Н< 5, для расчета принимаем v_Н = 5 м/с как для типового проекта. В курсовой работе принимается скорость ветра по [1], такая же, как в 1-й части работы. Средняя по зданию температура внутреннего воздуха в ХП для расчета системы отопления t_в = +18^оС [3].

Характеристика здания:

Высота Н = 7,7 м; длина L = 27 м; ширина B = 27 м, площадь остекления фасадов А_о.Н = 15,12 м²; А_о.Б1 = 12,96 м²; А_о.Б2 = 10,8 м²; А_о.З = 19,44 м², высота этажа h_эт = 3.3 м; высота от уровня Земли до центра окна 1-го этажа h_э1 = 2 м.

Сопротивление окон воздухопроницанию: м²ч/кг.

Экономайзерный коэффициент, учитывающий влияние встречного теплового потока в конструкции окна: А_Э = 0,8.

Средние величины аэродинамических коэффициентов фасада – по [9]:

наветренный фасад – ;

заветренный фасад – ;

боковой фасад – .

Рис.6. Развертка фасадов здания с обозначением геометрических параметров

Предварительный расчет:

Плотность воздуха снаружи: , кг/м³.

Плотность воздуха в здании: , кг/м³.

Разность удельного веса воздуха снаружи и в здании:

Н/м³.

Максимальная величина избыточного гравитационного давления на уровне земли: Па.

Избыточное ветровое давление на наветренном фасаде:

Па.

Избыточное ветровое давление на боковом фасаде:

Па.

Направление ветра на 1 фасад (ЮВ):

1. Вычисляем внутреннее избыточное давление воздуха в здании:

Па;

Па;

Па.

2. Вычисляем избыточное давление воздуха с наветренной стороны здания на уровне центра окон каждого этажа.

I этаж: Па;

Па.

II этаж: Па;

Па.

боковой фасад:

I этаж: Па;

II этаж: Па.

3. Вычисляем расчетную разность давления с двух сторон окон каждого этажа:

I этаж: Па;

II этаж: Па.

Т.к. , продолжаем расчеты.

боковой фасад:

I этаж: Па.

II этаж: Па.

4. Вычисляем расход воздуха, проходящего через 1 м² окна на каждом этаже (только для наветренной стороны, поскольку на боковой стороне для обоих этажей ΔР < 0):

I этаж: кг/(ч·м²).

II этаж: кг/(ч·м²).

5. Вычисляем удельный поток теплоты на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха:

I этаж: Вт/м².

II этаж: Вт/м².

Аналогично вычисляем для других направлений ветра, результаты сводим в табл. 10 и 11:

Таблица 10.

Расчет избыточного давления воздуха в здании

№ фас.	Н, м	B, L, м	Афас.i, м2	, м2		, Па	, Па	, Па
	7.7	27; 27	207.9	15.12	0.073	7.55	8.3; 7.5; 9.6; 6.6	15.85; 15.05; 17.15; 14.15
	7.7	27; 27	207.9	12.96	0.062
	7.7	27; 27	207.9	19.44	0.094
	7.7	27; 27	207.9	10.8	0.052
				∑=58.32

Примечания: – коэффициент остекленности i-го фасада (контрольная величина); А_фас._i = Н×В или Н×L – площадь i-го фасада; значения Р_0V и P₀, перечисленные в двух последних колонках через точку с запятой, соответствуют результатам расчетов при направлении ветра на 1-й, 2-й, 3-й и 4-й фасад.

Таблица 11.

Расчет удельных потерь теплоты от инфильтрации

Этаж	м	Па	, Па	, Па	,	,	, Па	,
		11,2	35,7	19,85; 20,65; 18,55; 21,55	6,07; 6,2; 5,8; 6,4	50,2; 51,3; 48; 52,9	–1,15; –0,35; –2,45; +0,55	– ; –; –; 4,6
	5,3	4,7	29,2	13,35; 14,15; 12,05; 15,05	4,66; 4,8; 4,4; 5,1	38,5; 39,7; 36,4; 42,2	–7,65; –6,85; –8,95; –5,95	–; –; –; –

В данной таблице значения в пяти последних колонках, перечисленные через точку с запятой, также соответствуют результатам расчетов при направлении ветра на 1-й, 2-й, 3-й и 4-й фасад.

Таким образом, инфильтрация на боковых сторонах имеет место только в варианте, когда наветренным является 4-й фасад, и только на 1-м этаже. Это следует из того, что у 4-го фасада минимальная площадь остекления и, следовательно, в варианте с 4-м наветренным фасадом будет минимальное значение P_0V, а значит, максимальные ΔР.

Итоговые теплопотери зданияопределяют, суммируя теплопотери помещений по этажам и лестничным клеткам (рассчитанных по всей высоте клеток без деления по этажам).

Удельную тепловую характеристику здания q_ОТ, Вт/(м³·К),вычисляют делением итоговых теплопотерь здания на объем его отапливаемой части и расчетную разность температуры (для основных помещений):

где Q_ЗД – итоговые теплопотери здания, Вт;

V_ЗД – объем отапливаемой части здания, м³;

(t_В – t_Н) – разность температуры внутреннего воздуха в среднем по зданию или для характерных помещений здания (например, в здании школы – для классов) и наружного воздуха для ХП по параметрам «Б», К.