Главная » Книги и журналы

1 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 25

и рассчитывая графически или аналитически давление Рп,х в отдельных помещениях по уравнению

-L -L

где Рш - давление на внешнем контуре здания в месте, где расположен выход из шахты вытяжных систем.

Случаям А и Б соответствуют условия, когда в лестничной клетке давление формируется только под влиянием выходящих на нее помещений.

Случай В. Давление в лестничной клетке Ро+Рвен задано. Оно обеспечивается работой приточной или вытяжной систем, поступлениями воздуха через наружную дверь или из нижних нестандартных этажей, воздушный режим которых отличается от режима верхних этажей. В этом случае расходы воздуха и давления внутри отдельных помещений определяют решением системы^ уравнений вида (IV.9) на ЭВМ, аналоговых машинах . или графоаналитическим методом.

IV.2. ПЕРЕДАЧА ТЕПЛА ЧЕРЕЗ ОГРАЖДЕНИЕ ПРИ ФИЛЬТРАЦИИ ВОЗДУХА

Воздухопроницание существенно влияет на теплопередачу через ограждения, а также на теплопотери и тепловой режим помещений. Проницание воздуха сказывается по-разному на передачу тепла через различные виды конструкций. У окон, которые обладают наибольшей проводимостью воздуха, заметно увеличиваются теплопотери. Влияние на массив (толщу) и стыки ограждения в основном сказывается в понижении температуры внутренней поверхности.

Теплопередача толщи и элементов (стык, окно) ограждения при фильтрации воздуха

Теплопередача пористого ограждения при фильтрации воздуха. При фильтрации воздуха температурное поле и теплообмен на поверхностях пористого ограждения заметно изменяются в результате переноса тепла потоком воздуха. Расход воздуха /, проникающего через ограждения, обычно невелик: до 10 кг/ч через 1 м^ по-

верхности. Воздух двигается по порам и капиллярам медленно (число Рейнольдса соответствует приблизительно 0,05), и его температура во всех сечениях ограждения практически близка температуре окружающего твердого материала. Все это упрощает математическое рассмотрение. Задача в такой постановке подробно исследована Ф. В. Ушковым [42].

Уравнение нестационарного температурного поля плоского пористого ограждения при наличии поперечной фильтрации воздуха, пользуясь обозначениями, принятыми в п. П. 1, запишем в конечных разностях:

В дифференциальной форме оно имеет вид

dt д dt

+ ..). (1V.U,

дг дх \ дх

Нестационарная теплопередача через однородное ограждение при фильтрации воздуха в период резкого зимнего похолодания рассмотрена В. П. Титовым в МИСИ им. В. В. Куйбышева. Задачу решали на гидроинтеграторе с преобразованием уравнения (IV.11) в обычное уравнение Фурье подстановкой

= тЛ (IV. 12)

где т - новая искомая функция, зависящая от х и z, относительно которой ведется расчет на гидроинтеграторе; v - безразмерный коэффициент.

Некоторое усложнение граничных и начальных условий, которое при этом получается, для расчета на гидроинтеграторе несущественно.

По результатам серии расчетов определен коэффициент фильтрации УФ для зимних условий, который равен отношению наибольших тепловых потоков на внутренних поверхностях герметичного ограждения и воздухопроницаемого ограждения при инфильтрации наружного воздуха. Коэффициент уф связан с изменением минимальной температуры внутренней поверхности, поэтому его значение необходимо учитывать при расчете /?о.тр (см. гл. VI). Зависимость коэффициента 7ф от теплофизических свойств ограждения и интенсивности инфильтрации показана на рис. IV.3.

уравнение температурного поля многослойного ограждения в стационарных условиях при фильтрации воздуха удобно записать, пользуясь масштабом термических сопротивлений [см. формулу (III.1)], в виде

dt dR

О,

(IV.13)

где / - интенсивность фильтрации воздуха при вдуве с минусом и отсосе с плюсом.

I Jm

0,75 O.S 0,85 0.3 т 7 0.1 0.2 0.3 0. O.S

у .10

Tqi.cmau,.

Рис. IV.3. Зависимость коэффициента от теплофизических свойств ограждения и интенсивности инфильтрации (уф-стац - в стационарных условиях теплопередачи)

Движение воздуха через поверхность изменяет интенсивность конвективного теплообмена на ней. Этот вопрос изучен теоретически и экспериментально [42].

Условия конвективного теплообмена при вдуве и отсосе воздуха при расчете теплопередачи так же, как и при отсутствии фильтрации, можно учесть введением эквивалентных слоев на поверхностях ограждения. Ф. В. Ушков [42] показал, что теплообмен в пограничном слое в этих условиях при ламинарном и турбулентном режиме движения воздуха приближенно можно рассчитать, пользуясь уравнением (IV.13). Результаты решения дали хорошую сходимость с данными теоретических исследований. При вдуве воздуха через поверхность (например, при инфильтрации на внутренней поверхности ограждения) интенсивность теплообмена уменьшается, а при отсосе увеличивается. Коэффициент конвектив-

ного теплообмена при наличии фильтрации ак.ф может быть достаточно точно определен по формуле [42]:

ак.Ф = ак±-/. (IV. 14)

Возможность введения эквивалентных (сопротивлению теплообмена) слоев при воздухопроницании позволяет стационарную теплопередачу через многослойное ограждение при фильтрации воздуха полностью определить одним уравнением (IV.13). Лучистый теплообмен на поверхностях при этом можно учесть, применив метод суперпозиции или введя условную температуру среды (см. п. II.1).

Распределение температуры по сечению ограждения при фильтрации воздуха по уравнению (IV.13) имеет вид

/ = н + (/в-~н)--7- , (IV. 15)

тепловой поток

-(в-ы. (IV. 16)

При эксфильтрации воздуха через ограждение в этих формулах величина / имеет знак минус.

При инфильтрации, как это следует из формулы (IV.16), тепловой поток на внутренней поверхности (на поверхности эквивалентного слоя) оказывается наибольшим, по мере приближения к наружной поверхности q уменьшается. Это происходит в результате рекуперации-частичного возврата теряемого через ограждение тепла на нагрев наружного воздуха, фильтрующего через ограждение навстречу потоку тепла. Из уравнения (IV.16) следует, что разность тепловых потоков на внутренней Qb и наружной 9н тсрмичсских границах ограждения с эквивалентными слоями равна:

в-н = Св/(/в~-н). (IV. 17)

Влияние потока фильтрующего воздуха на трансмиссионный перенос тепла через ограждение удобно характеризовать так называемым коэффициентом норового охлаждения Я, который равен отношению входящего в ограждение (через поверхность эквивалентного слоя)

потока тепла дв при фильтрации к тепловому потоку через ограждение q при отсутствии фильтрации:

е^Ф--1

(IV .18)

еде Св/:1 ?о- относительный коэффициент фильтрационного теплообмена, характеризующий отношение тепловой емкости потока воздуха (Св1) к коэффициенту теплопередачи ограждения lIRo.

Рис. IV.4. Относительные затраты тепла при различных фильтрационных режим1ах (коэффициенты норового охлаждения)

/ - инфильтрация через пористую стенку; 2 -то же, эксфильтрация; 5 - основные тепловотери плюс затраты тепла на нагрев приточного вентиляционного воздуха; 4 - затраты тепла только на нагрев приточного воздуха: 5 -основные теплопотери; 6 - затраты тепла при сквозном проветриваний помещения; / - уменьшение общих затрат тепла при инфильтрации; - то же, при эксфильтрации

Из графика зависимости коэффициента норового охлаждения Я от кф при инфильтрации и эксфильтрации [42] (рис. IV.4) видно, что с увеличением инфильтрации коэффициент норового охлаждения (1) резко возрастает и уже при значениях хф>4 теплопотери практически определяются только переносом тепла воздухом (4). При эксфильтрации (2) при хф<-4 трансмиссионные теплопотери (теплопередачей за счет разности наружной и внутренней температуры) практически отсутствуют.

В результате оказывается возможным использовать эффект лорового нагрева для экономии тепла при вентиляции по*мещений. Расход тепла можно заметно сократить, если вместо обычного проветривания с подогревом наружного воздуха применять проветривание, при котором наружный воздух будет поступать в помещение, а внутренний удаляться через пористые наружные ограждения. При обычной вентиляции расход тепла будет равен сумме потерь тепла через ограждения и затрат тепла на нагрев приточного наружного воздуха. Прямая линия 3 на рис. IV.4 соответствует относительному изменению этого расхода тепла. Заштрихованная область показывает тепловой эффект норового проветривания (на графи-

0,J5 0,3 0,25 0,2

				j

ке при инфильтрации / и эксфильтрации ), т.е. экономию тепла при норовом проветривании по сравнению с суммарным расходом тепла при обычном проветривании.

Рассмотренный тепловой эффект представляется исключительно заманчивым для экономии тепла на вентиляцию. Сейчас идут поиски рациональных конструктивных решений вентиляции зданий, использующих экономические достоинства порового проветривания. Некоторые из таких решений уже используются в практике.

Интересен случай сквозного проветривания помещения, когда потоки инфильтрацион-ного и эксфильтрационного воздуха через ограждения равны. Относительное увеличение теплопотерь при этом (6) определится средней величиной: Яинф+Яэксф^ которая медленно

возрастает до хф=2 и затем изменяется приблизительно пропорционально щ.

Теплопередача в зоне воздухопроницаемого стыка. Общая картина температурного поля сечения ограждения в зоне воздухопроницаемого стыка показана на рис. IV.5, а. Через щель стыка внутрь проходит и нагревается воздух. Температура воздуха на выходе из щели остается ниже температуры на внутренней поверхности ограждения Тх около щели. Панель, прилегающую к стыку, можно рассматривать как полуограниченную пластину. На торце панели происходит теплообмен с воздухом, фильтрующим через щель (задача в такой постановке решена в - МИСИ В. П. Титовым. Результаты решения на электроинтеграторе обработаны в безразмерном виде). На рис. IV.5, б приведена графическая зависимость, с помощью которой

0,2 0,5 1

5 10 d

Рис. IV.5. Тепловой режим воздухопроницаемого стыка

а - общая картина распределения температуры в ограждении:

1 - распределение температуры на внутренней поверхности ограждения около стыка; 2 - изменение температуры фильтрующегося через стык воздуха; б - изменение относительной избыточной температуры на поверхности ограждения около стыка; i - при /?о=0,75(0,88);

2 -то же, 0,86(1); 3-1,12(1,3); 4 - 1,37(1,6)

можно определить минимальную температуру Хх на внутренней поверхности ограждения около воздухопроницаемой щели. Снижение температуры внутренней поверхности зависит от количества воздуха, фильтрующего через стык, и от теплозащитных свойств утеплителя ограждения. При эффективных утеплителях влияние

0,8 0J 0,6

0.2-0,1 О

2М 4J

Рис. IV.6. Теплопередача через воздухопроницаемое окно с двойным остеклением

а -схема распределения температур; / - без инфильтрации; 2 - при инфильтрации; б - схема теплообмена; в - коэффициенты А^{1), А^(2) и А^(3)

инфильтрации на Тх увеличивается (чем меньше А, тем

ниже Т;х:).

Дополнительные затраты тепла А^и.ст при инфильтрации воздуха /ст через стык на 1 м стыкового соединения, Вт/м [ккал/(м-ч)] равны:

А^и.т, = ст \Съ (в - н) ,

(IV. 19)

где Лет - коэффициент, учит]1вающий подогрев наружного воздуха в стыке за счет основных теплопотерь.

Дополнительные затраты тепла на инфильтрацию через стыки панелей обычно небольшие, а понижение температуры внутренней поверхности стыка Тх может быть значительным.

Теплопередача через окно при поперечной фильтрации воздуха. Конструкция окна обычно допускает неко-

торую воздухопроницаемость. Через притворы и стыки стекла с переплетом воздух попадает в межстекольное пространство, где нагревается до температуры воздуха прослойки. Через неплотности внутреннего остекления воздух попадает в помещение. Увеличение теплопотерь окна при воздухопроницании происходит за счет снижения температуры внутреннего остекления и в результате затрат тепла на нагрев воздуха (см. рис. IV.6,а). Этот процесс рассчитан в МИСИ на электромодели (рис. IV.6,б). Влияние воздухопроницания учитывали в электрической схеме аналогично тому как было сделано при расчете настилающейся струи (см. гл. I). Дополнительные теплопотери в результате воздухопроницания А^, отнесенные к 1 м^ окна, равны

Ад = св (в - н) + Св jAj (tB - н) - Лок Св / (/ - н), (IV. 20)

где Лок - коэффициент, определяющий долю Ад от затрат тепла на нагрев воздуха от t до /в*, Aj, А^ - доли увеличения теплопотерь от инфильтрации за счет соответственно нагрева воздуха и понижения температуры внутреннего стекла.

Значения коэффициентов Лок, и Ах для конструкции окон с двойным и тройным остеклением приведены на графике (рис. IV.6,б).

Для лучшего уяснения физического смысла коэффициентов А [см. формулы (IV.19) и (IV.20)] удобно их сопоставить с коэффициентом порового охлаждения, зависимость которого для толщи ограждения приведена на рис. IV.4. Ординаты заштрихованной на графике области теплового эффекта порового охлаждения равны доле от полных затрат тепла на нагрев воздуха, которая экономится при норовом нагреве воздуха. Эта доля сэкономленного тепла для воздухопроницаемого пористого ограждения равна:

1 - Логр

где Логр - коэффициент для массива ограждения, соответствующий по физическому смыслу Лок, Лет.

Кроме рассмотренных здесь случаев поперечной фильтрации воздуха в ограждениях может быть продольная фильтрация (в засыпных конструкциях, в окне и др.). Расчет теплопередачи для этого случая рассмотрен как задача о расчете теплопередачи через ограждение с вентилируемой воздушной прослойкой.

Теплопередача через ограждение с вентилируемой воздушной прослойкой

Устройство воздушной прослойки - распространен* ный прием теплозащиты ограждений. Ее применяют в конструкциях окон, витражей, наружных стен и перекрытий, для экранирования при защите от излучения и как гравитационный побудитель для интенсификации

л

Рис. IV.7. Теплопередача через ограждение с вентилируемой воздушной прослойкой

конвективного теплосъема в обогревающих или охлаждающих устройствах. В наружных стенах и перекрытиях воздушная прослойка предохраняет конструкции от переувлажнения.

Распространенные данные о сопротивлении теплопередаче воздушной прослойки, приведенные в главе СНиП Строительная теплотехника , справедливы, если она герметична. Обычно же в конструкциях в результате инфильтрации и эксфильтрации через материал и стыки отдельных элементов прослойка сообщается с воздухом. Сопротивление теплопередаче при нарушении герметичности прослойки понижается и особенно резко если она расположена ближе к внутренней поверхности ограждения и в нее попадает наружный воздух. Попадание внутреннего воздуха в прослойку также опасно из-за отсыревания в связи с переносом влаги и снижения теплозащитных свойств ограждения.

Рассмотрим ста!хионарный тепловой режим ограждения с воздушной прослойкой, через которую непрерывно продувается воздух (рис. IV.7). Она отделена от помещения с температурой /в внутренней частью конструкции, имеющей коэффициент теплопередачи /Св. Наружная часть конструкции с коэффициентом теплопередачи Кн отделяет прослойку от наружного воздуха с температурой /н. Воздух в прослойку поступает с температурой to (в общем случае отличной от /н и 4) и, проходя через нее, изменяет свою температуру. На некотором расстоянии /кр поток воздуха приобретает неизменную температуру в.п, зависящую только от условий передачи тепла через ограждение и не связанную с его начальной температурой.

Задача расчета теплового режима ограждения с воздушной прослойкой состоит в определении изменения температуры по длине прослойки и расчете теплопередачи конструкции.

Температуру в.п можно вычислить по формуле одномерной стационарной теплопередачи

,J(sh±, (IV.21)

Ав Т Ан

относительная избыточная температура

eB.n = f==n. (IV.22)

в - ?н Ав гАн

При определении 7(в и /Сн в этих формулах учитывают только составляющую ак теплообмена при вынужденной конвекции на поверхностях прослойки.

Дифференциальное уравнение изменения температуры t по длине прослойки х имеет вид

(Кв + Кн) (tB.n -t)dx = св jdt. (IV.23)

Разделяя переменные и интегрируя, получим решение для относительной избыточной температуры в произвольном сечении:

0 - в.п

где

Л = (/Св + /Сн)/в/.

На рис. IV.8 зависимость (IV.24) представлена в виде кривой У, из которой видно, что при

1 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 25