Потери тепла на нагревание наружного воздуха при инфильтрации через неплотности и при поступлении через проемы в наружных ограждениях

Добавки к основным теплопотерям на поступление воздуха через наружные двери и ворота и на этажность здания крайне приближенно учитывают затраты тепла на нагревание инфильтрующегося воздуха. Учет только этих добавок для промышленных и многоэтажных зданий оказывается недостаточным.

Потери тепла на нагревание наружного воздуха при инфильтрации

В производственных помещениях расход тепла на нагревание холодного воздуха, поступающего через притворы окон, фонарей, дверей, ворот, достигает 40% и более от основных теплопотерь. Учитывая столь большую величину, при определении теплопотерь производственных помещений производят специальные расчеты затрат тепла на нагревание поступающего в помещение холодного воздуха.

Количество наружного воздуха, поступающего в помещение в результате инфильтрации, зависит от конструктивно-планировочного решения здания, направления и скорости ветра, температуры воздуха, герметичности конструкций и особенно от длины и вида притворов открывающихся окон, фонарей, дверей и ворот. Общий процесс обмена воздуха в здании между помещениями и с внешней средой под действием естественных сил и искусственных побудителей движения воздуха называют воздушным режимом здания. Воздухообмен происходит через все воздухопроницаемые элементы (притворы, стыки, вентиляционные каналы и т. д.) под действием разности давлений, поэтому расчет воздушного режима сводится к рассмотрению гидравлической системы с определенным образом заданными краевыми условиями.

При определении затрат тепла на нагревание наружного воздуха при инфильтрации расчет воздушного режима здания может быть упрощен.

Для промышленных зданий типичным является одноэтажное помещение. В многоэтажных промышленных зданиях этажи чаще всего достаточно изолированы друг от друга (при большой поверхности остекления сообщение через одну-две лестничные клетки не оказывает заметного влияния), и их воздушный режим можно рассматривать независимо.

Простейшим является случай, когда помещение не имеет перегородок, отсутствует ветер и инфильтрация происходит под влиянием только гравитационной силы. Воздух перетекает в основном через щели притворов, но инфильтрацию условно относят к площади окон и плотность потока j, кг/м2 ч, за счет разности давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждения Δp Па (кгс/м2) определяют по формуле:

j=iΔp1/2.

где i - коэффициент проводимости воздуха конструкцией, кг/(м2*ч*Па1/2) [кг/м2*ч (кгс/м2)1/2]

Для помещения с двухсторонним равномерно распределенным остеклением при безветрии среднее количество воздуха (кг/ч*м2), проходящего снаружи через 1 м2 окна, равно:

j0=0,47*iок*η*(h*Δp)1/2.

где iок - коэффициент проводимости окна;

η - доля остекления поверхности наружного ограждения;

h - полная высота ограждения здания.

Разность плотностей наружного ρн и внутреннего ρв воздуха может быть приближенно заменена разностью температуры:

Δρ= ρнн≈0,005(tв-tн).

Выражение преобразовано к виду:

j0=0,036*iок*η*(h*Δt)1/2.

В промышленных зданиях часто окна одинарные и не герметизированы, их проводимость iок=27; тогда:

j0≈0,9*η*(h*Δt)1/2.

Численный коэффициент в формуле должен быть заменен при двойном остеклении на 0,6 при уплотненном одинарном остеклении на 0,2, при уплотненном двойном — на 0,14.

Величина j0, определяемая по формуле, используется как единица расхода воздуха при расчете более сложных случаев (действие ветра и вентиляции, другие схемы здания). Влияние всех перечисленных факторов учитывается коэффициентом βи. Для помещений с односторонним остеклением, например, коэффициент βи равен 0,5, так как в этом случае инфильтрация происходит только со стороны одного ограждения. Степень влияния ветра также учитывается коэффициентом βи. Для воздушного режима помещения с двухсторонним остеклением на рисунке приведена зависимость βи от относительного давления ветра pv При определении относительного перепада давления, создаваемого ветром, за единицу давления принято gh*Δp, поэтому.

pv=(0,06*vн2н)/(h* Δp).

где vн – скорость ветра;

0,06≈((kн-kз)/2)*(1/g);

kн и kз - аэродинамические коэффициенты, равные с наветренной стороны здания kн≈0,8 и с заветренной kз ≈—0,6.

Более сложные случаи — дебаланс вентиляции, многопролетные здания и т. д. решаются аналогичным образом с помощью специально рассчитанных функций коэффициента βи.

Общее количество наружного воздуха Gи, поступающего в помещение в результате инфильтрации через наружные ограждения, равно:

Gи =jои*Fн.о.

где jо - определяется по формуле;

Fн.о - суммарная площадь поверхности наружных ограждений.

Не менее сложной и необходимой задачей оказывается определение расходов воздуха при инфильтрации в многоэтажных жилых и общественных зданиях. Если в здании более восьми этажей, требуется производить расчет воздушного режима здания, гидравлическая схема которого оказывается особенно сложной.

Применительно к жилым зданиям повышенной этажности составлены указания по расчету. В указаниях описана общая методика расчета воздушного режима зданий, а также даны графики и таблицы, по которым для зданий различной этажности, принятых в настоящее время типичных планировок и конструктивных решений, при различных температурах воздуха и скорости ветра можно определить количество фильтрующегося воздуха, отнесенное к 1 м2 окна.

В условиях множества вариантов исходных данных можно наметить определенные закономерности, которые позволяют обобщить полученные результаты. Принимаются здания №(5-16) этажей с типичными конструктивно-планировочными решениями. Учитывая изолированность и в основном пофасадную ориентацию помещений, при расчете инфильтрации необходимо принять для всех помещений расходы воздуха с наветренной стороны при расчетных для зимнего режима температуре наружного воздуха tн и скорости ветра νн. Анализ ограниченного, таким образом, круга данных показывает, что изменение расходов воздуха по высоте здания при данных tн и νн таково, что практически можно принять линейную зависимость, поэтому достаточно определить расходы для нижнего и верхнего этажей. Ниже приведены аппроксимирующие аналитические зависимости. Расход воздуха jверх, кг/м2*ч, инфильтрующегося через 1 м2 окна в верхнем этаже наветренной стороны N-этажного здания при определенных tн и νн, равен:

jверх=(4+0.15*N)*102*(νн+5-0,05*tн)2.

Для нижнего (первого) этажа jнижн:

jнижн=6,3*10-2н-(6+1.3N)*10-2*tн+0,3N+3,3.

Для промежуточного этажа Ni с учетом принятой линейной зависимости расход воздуха jNi равен:

jNi= jнижн-((jнижн- jверх)/N)* Ni;

Следует иметь в виду приближенность предлагаемой методики, точность которой (ошибка 10-15%) достаточна лишь для расчета потерь тепла на нагревание инфильтрующегося воздуха.

При инфильтрации холодного воздуха через наружное ограждение в помещении дополнительно затрачивается тепло ΔQи на нагревание поступающего воздуха ΔQj и вследствие снижения температуры внутренней поверхности ограждения ΔQτ, через которое происходит фильтрация воздуха:

ΔQи= ΔQj+ ΔQτ.

Воздух, проходя через конструкцию, как правило, нагревается и попадает в помещение с температурой более высокой, чем его начальная температура tн. Поэтому:

ΔQj=Gнв*(tв-tн)*βj.

где Gн - расход воздуха;

св —массовая теплоемкость воздуха;

βj - коэффициент, учитывающий нагревание воздуха в ограждении.

Аналогично можно определить

ΔQτ=Gнв*(tв-tн)*βτ.

где βτ - коэффициент, учитывающий долю увеличения потерь тепла за счет снижения температуры внутренней поверхности при инфильтрации.

Дополнительные потери тепла при инфильтрации через ограждение равны:

ΔQн = Gнв*(tв-tн)*β0.

где β0= βj+ βτ.

Общие дополнительные потери тепла в помещении на нагревание наружного воздуха, поступающего в результате инфильтрации через наружные ограждения, равны:

Qи=(∑β0*j*cв*F+∑β0*j*cв*l)*(tв-tн).

где F - площадь окон, стен и т. д., м2;

l - протяженность стыков, щелей и т. д., м;

j - удельные, отнесенные соответственно к м2 или м, расходы проникающего воздуха.

Значения коэффициентов β0, βj и βτ. для конструкций приведены в таблице.

Значения коэффициентов β0, βj и βτ. при инфильтрации воздуха через различные элементы конструкций

Элементы конструкцийβjβτβ0
Массив ограждения0,150,450,6
Стыковые соединения0,30,40,7
Окна:
- одинарные1-1
- двойные0,70,10,8
- тройные0,60,20,8
Двери, ворота, фрамуги, проемы в ограждении1-1

Похожие материалы:
Новые материалы:
Предыдущие материалы:

 

Черный цвет в интерьере - дизайн

Черный цвет в интерьере - дизайн

Существуют люди, которые предпочитают черный цвет в интерьере, но существуют и такие, которые будут его критиковать. Самым распространенным сочетанием является: черная цветовая гамма с белой.

 

Декоративные подушки в интерьере – что нужно знать

Декоративные подушки в интерьере – что нужно знать

Подушки - идеальный материал для декорирования интерьера. С их помощью можно легко и быстро преобразить пространство, придав ему особый характер и уникальность.

 

Большие идеи для маленьких кухонь

Большие идеи для маленьких кухонь

Конечно же, все мы мечтаем о прекрасных больших кухнях. Читаем о них в журналах по дизайну, а иногда видим в квартире лучшей подруги. Но наша кухня выглядит иначе, и мы должны смириться с обстоятельствами, в которых живем.