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; F_о.Н, F_о.Б1, F_о.Б2, F_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 курсовой работы по Строительной теплофизике;

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.

Предварительные вычисления:

Плотность воздуха снаружи здания:

Плотность воздуха в здании:

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 м² окна 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 и А₂ – 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 [1], 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 F_о.Н = 15,12 м²; F_о.Б1 = 12,96 м²; F_о.Б2 = 10,8 м²; F_о.З = 19,44 м².

Сопротивление окон воздухопроницанию:

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 – .

Предварительный расчет:

Плотность воздуха снаружи:

Плотность воздуха в здании:

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

I этаж:

II этаж:

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

I этаж:

II этаж:

Аналогично вычисляем для других направлений ветра, результаты сводим в табл. 3.5.6.1 и 3.5.6.2:

Таблица 3.5.6.1.Расчет избыточного давления воздуха в здании.

№ фас.	Н, м	B, L, м	Fфас.i, м2	, м2		, Па	, Па	, Па
	7,7	27; 27	207,9	15,12	0,073	7,55	8,3	15,85
	7,7	27; 27	207,9	12,96	0,062	7,55	7,5	15,05
	7,7	27; 27	207,9	19,44	0,094	7,55	9,6	17,15
	7,7	27; 27	207,9	10,8	0,052	7,55	6,6	14,15
				∑=58,32

Примечание: – коэффициент остекленности i-го фасада (контрольная величина), F_фас._i = Н×В или Н×L – площадь i-го фасада..

Таблица 3.5.6.2.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	–; –; –; –

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.

3.6. РАСЧЕТ ПОСТУПЛЕНИЙ ТЕПЛОТЫ, ВЛАГИ И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

Разность теплопоступлений и теплопотерь помещения называются теплоизбыткамипомещения (если разность больше нуля) или теплонедостатками (если разность отрицательна). В вентилируемых помещениях, как правило, даже в холодный период года (при работающем отоплении) имеют место теплоизбытки.

Теплопоступления в вентилируемые помещения жилых и общественных зданий складывается в основном из следующих потоков теплоты:

- от людей;

- от солнечной радиации (в теплый и переходный периоды года);

- от искусственного освещения;

- от работающих отопительных приборов систем отопления (в холодный период);

- от технологического оборудования, расположенного в помещении;

- от других источников теплоты (горячей пищи, нагретых поверхностей оборудования, горячей воды и пр.);

- от поступающего в воздух помещения водяного пара (скрытая теплота).

Теплопотери вентилируемого помещения имеют место в холодный и переходный периоды года и складывается из потерь теплоты:

- через наружные ограждения (при расчетных температурных условиях внутри и снаружи помещения, принятых для режима вентиляции или кондиционирования воздуха);

- на нагрев инфильтрующегося через наружные ограждения воздуха (главным образом через окна);

- на нагрев ввозимого материала и въезжающих в помещение средств транспорта (гаражи, прачечные, почтовые учреждения и т.д.);

- на нагрев воздуха, врывающегося в помещение через периодически открываемые наружные двери или ворота.

Расчеты тепло- и влагопоступлений, а также теплопотерь для вентилируемых помещений выполняются для трех расчетных периодов (ТП, ПП и ХП), для кондиционируемых помещений – для двух периодов (ТП и ХП).

3.6.1. Методика и пример расчета поступлений теплоты, влаги и СО₂ от людей.

Тепло- и влагопоступления от людей определяют по табл. 3.6.1.1 [10] с учетом температуры внутреннего воздуха в помещении и интенсивности физической нагрузки людей.

Таблица 3.6.1.1. Количество теплоты и влаги, выделяемое взрослыми людьми (мужчинами).

Показатель	Количество теплоты, Вт/чел, и влаги mЧ, г/(ч·чел), выделяемых одним человеком при температуре воздуха в помещении, оС
В состоянии покоя
Теплота явная qЧ.Я
Полная qЧ.П
Влага mЧ
При легкой работе
qЧ.Я
qЧ.П
mЧ
При работе средней тяжести
qЧ.Я
qЧ.П
mЧ
При тяжелой работе
qЧ.Я
qЧ.П
mЧ

Примечание: для женщин значения необходимо умножать на 0,85; для детей – на 0,75.

Выделение в помещение влаги рекомендуется уточнять по следующей формуле, кг/ч:

,

где , Вт – разность поступлений полной и явной теплоты, т.е. поток скрытой теплоты; r_O = 2500 кДж/кг – удельная теплота парообразования воды при нулевой температуре; – теплоемкость водяных паров, равная 1,8 кДж/(кг∙К).

Выделение в помещение углекислого газа, выдыхаемого людьми, определяется в одинаковом размере для всех периодов года с учетом интенсивности физической нагрузки по табл. 3.6.1.2 ([11], с изменениями):

Таблица 3.6.1.2.Количество углекислого газа, выделяемого взрослыми людьми (мужчинами).

Интенсивность нагрузки	Поступления СО2, mCО2, л/ч от 1 чел.
Покой
Легкая работа
Работа средней тяжести
Тяжелая работа

Примечание: для женщин значения необходимо умножать на 0,85; для детей – на 0,75.

Пример расчета поступлений теплоты, влаги и углекислого газа в помещение общественного здания.

Исходные данные:

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

Район строительства – г.Краснодар.

Помещение №1 (Зал обслуживания населения).

Размеры: 18,29 (площадь пола)×3,3 (высота) м. В помещении находятся: 7 человек (3 женщины, 4 мужчины) и 1 продавец (женщина), т.е. всего 4 женщины и 4 мужчины. Расчетные параметры наружного и внутреннего климата приняты аналогично примеру 3.4.2 и 3.4.3 для рассматриваемого района строительства и с учетом категории помещения по [3].

Расчеты: Коэффициент снижения теплопоступлений от людей:

; . Категория работы – легкая.

Явная теплота:

ТП = 31,6 ºС; = 29,12 Вт/чел (по таблице 3.6.1.1).

Вт.

Здесь N – число людей соответствующего пола и возраста и с данной категорией работы.

ПП = 18 ºС; = 108,2 Вт/чел.

Вт

ХП = 20 ºС; = 99 Вт/чел.

Вт

Полная теплота:

ТП = 31,6 ºС; = 145 Вт/чел.

Вт

ПП = 18 ºС; = 153,3 Вт/чел.

Вт

ХП = 20 ºС; = 151 Вт/чел.

Вт

Скрытая теплота и влага:

ТП кг/ч

ПП кг/ч

ХП кг/ч

Углекислый газ:

; в нашем случае = 25 л/(ч∙чел) по таблице 3.6.1.2.

л/ч для всех периодов года.

3.6.2. Правила и пример определения теплопоступлений от освещения и отопительных приборов, а также теплопотерь в режиме вентиляции и кондиционирования воздуха.

Теплопоступления от источников искусственного освещения учитываются в холодный период года, за исключением помещений, перечисленных в примечаниях, когда такой учет возможен и в теплый и переходный периоды. Эти теплопоступления зависят от принятого уровня освещенности помещения и удельных тепловыделений от установленных светильников и определяются с использованием следующих таблиц [11] по формуле:

,

где F_ПЛ – площадь пола помещения, м², коэффициент h_ОСВ равен 1, если светильники находятся непосредственно в помещении, и 0,45 – если светильники располагаются в вентилируемом подвесном потолке. Остальные параметры приведены ниже.

Таблица 3.6.2.1.Удельные тепловыделения от светильников с люминесцентными лампами (верхние значения) и лампами накаливания (нижние значения).

Тип светильника	Средние удельные тепловыделения qосв, Вт/(лк·м2), для помещений площадью, м2:
Менее 50	50 – 200	Более 200
При высоте помещения, м
До 3,6	Более 4,2	До 3,6	Более 4,2	До 3,6	Более 4,2
Прямого света	0,077	0,202	0,058	0,074	0,056	0,067
0,212	0,280	0,160	0,204	0,154	0,187
Диффузного света	0,116	0,166	0,079	0,102	0,077	0,094
0,319	0,456	0,217	0,280	0,212	0,268
Отраженного света	0,161	0,264	0,154	0,264	0,108	0,145
0,443	0,726	0,424	0,726	0,297	0,399

Таблица 3.6.2.2.Уровень общего освещения помещений.

Помещения	Общая освещенность помещения Е, лк
Проектные залы, конструкторские бюро
Читальные залы, проектные кабинеты, рабочие и классные комнаты и аудитории
Залы заседаний, спортивные, актовые, зрительные залы клубов, фойе театров, обеденные залы, буфеты
Крытые бассейны, фойе клубов и кинотеатров
Номера гостиниц
Зрительные залы кинотеатров, палаты и спальные комнаты санаториев
Торговые залы магазинов продовольственных товаров
То же, промышленных товаров
То же, хозяйственных товаров
Аптеки

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.).

Теплопоступления в помещение от отопительных приборов Q_С.О., Вт, установленных в нем, при расчете общеобменной вентиляции или кондиционирования воздуха в холодный период года определяют по формуле:

,

где Qот – расчетная величина теплопотерь помещения, т.е. мощность системы отопления в помещении (из таблицы расчета теплопотерь), Вт; – температура воздуха в помещении в холодный период года для режима вентиляции или кондиционирования воздуха (из таблицы расчетных параметров внутреннего воздуха), ^ОС; t_В.ОТ– то же, для режима отопления (из таблицы расчета теплопотерь), ^ОС; t_СР.ОП– средняя температура теплоносителя в отопительных приборах при расчетных наружных условиях для отопления (параметры "Б"), ^ОС; , где t_Г и t_О – температура воды в подающей и обратной магистралях системы отопления, ^оС. Для предварительных расчетов можно принять t_О = 70^оС, а t_Г = 95^оС, кроме детских садов, яслей и больниц, где нужно принимать 85^оС.

Теплопотери через ограждения и дополнительные теплопотери на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха вентилируемого помещения определяют по таблице расчета теплопотерь с последующим пересчетом на расчетные наружные и внутренние температуры, принятые для режима вентиляции или кондиционирования воздуха:

, Вт – в холодный период года;

, Вт – в переходный период (только для вентиляции).

Здесь t_Н.ПП – расчетная температура наружного воздуха в переходный период, принимаемая равной +10^оС; – расчетная температура внутреннего воздуха в переходный период в режиме вентиляции (из таблицы расчетных параметров внутреннего воздуха), t_Н.ОТ – расчетная температура наружного воздуха в холодный период по параметрам «Б».

Пример расчета теплопоступлений от освещения и отопительных приборов, а также теплопотерь в режиме вентиляции и кондиционирования воздуха для помещения в общественном здании.

Исходные данные:см. пример 3.6.1.

Искусственное освещение:

В нашем случае = 18,29 м², = 150 лк по табл. 3.2.2 для аптеки, = 0,087 по таблице 3.6.2.1 при площади помещения до 50 м² и высоте помещения до 3,6 м. Принимаем светильники преимущественно прямого света и берем среднее значение между светильниками прямого и диффузного света. Коэффициент = 0,45 (считаем, что светильники находятся в вентилируемом подвесном потолке).

Тогда Вт

Теплопоступления от приборов системы отопления:

,

= 862 Вт (из таблицы расчета теплопотерь);

= ;

= 20^оС; = 16^оС.

Вт.

Теплопотери в режиме вентиляции:

= 18^оС; t_Н.ОТ = – 19^оС;

Вт

Вт.

Пример расчета теплопоступлений от солнечной радиации.

Теплопоступления от солнечной радиации для теплого периода определяются через окна по методике, приведенной в Главе 2 [10]. Для переходного периода принимается такое же значение, как и для теплого. Если помещение находится на последнем или единственном этаже, кроме поступлений через окна, необходимо учитывать поступления через покрытие или чердачное перекрытие в размере 5 – 7 Вт/м². Подробнее см. также пример расчета теплопоступлений, приведенный ниже.

Расчет теплопоступлений от солнечной радиации через окна помещения

Исходные данные: Помещение в здании, использованном в примерах 3.6.1 и 3.6.2. В помещении имеется одно окно с ориентацией на СВ.

Географическая широта φ = 44 ºс.ш.; площадь окна м²;

1) Максимальное количество теплоты от прямой и рассеянной солнечной радиации, проникающей через одинарное остекление:

, в период с 6 до 7 часов по таблице 2.3 [10] для остекления, ориентированного на СВ на широте 44^о.

Угол между солнечным лучом и окном:

где h – высота стояния Солнца; – солнечный азимут остекления. Принимаем h = 19 º по таблице 2.8 [10] для периода 6 – 7 часов и широты 44^о.

По той же таблице принимаем азимут Солнца ^о. Поскольку <135, то по таблице 2.6 [10] при ориентации СВ и времени до полудня ^о.

Тогда º

2) Коэффициент инсоляции вертикального остекления:

где Н – высота окна (Н = 1,2 м); В – ширина (В = 0,9 м);

а = с = 0 – т.к. отсутствуют внешние солнцезащитные козырь = = 0,13 – заглубление остекления от наружной поверхности фасада (принято 0,13 м, как для кирпичных зданий)

Отсюда .

3) Коэффициент облучения зависит от углов:

вертикальная компонента (график Рис.2.4 [10]); горизонтальная компонента (см. там же).

Тогда .

4) Удельный тепловой поток от проникающей солнечной радиации через принятое остекление:

где – коэффициент относительного проникания солнечной радиации; для окон с двойным остеклением без солнцезащитных устройств и толщиной стекла 4 – 6 мм по таблице 2.4 [10] =0,8;

– коэффициент учета затенения окна переплетами; для принятого остекления по таблице 2.5 [10] = 0,65.

Тогда

5) Наружная условная температура на поверхности окна:

где – средняя температура наиболее жаркого месяца (июля); = 23,3 ºС [1]; для кондиционируемых помещений следует принимать наружную температуру в теплый период года по параметрам «Б».

– средняя суточная амплитуда колебания температуры наружного воздуха в теплый период; = 18ºС [1];

= – 0,605 – коэффициент, учитывающий суточный ход наружной температуры (таблица 2.9 [10] при ε = 0 для периода 6 – 7 часов);

– приведенный коэффициент поглощения радиации; = 0,4 по таблице 2.4 [10] для двойного остекления без солнцезащитных устройств при толщине стекла 4 – 6 мм;

, – количество теплоты, поступающей на вертикальную поверхность ориентации СВ в период 6-7 часов от прямой и рассеянной радиации для широты 44^о по таблице 2.10 [10] ( = 419 , = 133 )

– коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности окна; для вертикальной поверхности

6) Теплопоступления от теплопередачи через окно:

, где R_o – сопротивление окна теплопередаче в летних условиях; для выбранного типа окна R_о = 0,42 Вт/(м·К) по таблице 2.4 [10].

7) Суммарные теплопоступления через окно, ориентированное на СВ:

Вт.