Главная » Книги и журналы

1 ... 14 15 16 17 18 19 20 ... 25

величина 6 практически близка к нулю (х^в.п). Из неравенства (IV.25) можно определить протяженность начального участка /кр, в пределах которого практически заканчивается изменение температуры воздуха в прослойке;

А в + А н

в

Рис. IV.8. Изменение относительной избыточной температуры воздуха в прослойке

/ - локальные значения; 2 -линейная зависимость локальных значений на начальном участке (до Лд:=0,5); 5 - средние по длине (до сечения х) прослойки значения

при малых расходах воздуха или больших коэффициентах теплопередачи конструкции температура воздуха стабилизируется на близком расстоянии от входа и в расчетах можно принимать =b.n=const по всей длине прослойки /. Если же длина прослойки / соизмерима с /кр, то среднюю по длине относительную избыточную температуру следует определять как среднеинтеграль-ную:

На рис. IV.8 эта зависимость представлена кривой 3.

Зная среднюю температуру /ср воздуха в прослойке и коэффициенты теплопередачи внутренней и наружной частей ограждения, можно провести полный тепловой расчет конструкции. При расчете теплопередачи лучистый теплообмен в прослойке необходимо учитывать специально [51], так как в величины К-в и Кп вошли только конвективные составляющие теплообмена на поверхностях.

Расход воздуха / в вентилируемой прослойке определяют гидравлическим расчетом. Он состоит в определении располагаемой разности давлений ДР, благодаря чему происходит движение воздуха, и расчетного расхода, при котором гидравлические потери в прослойке АЯ равны АР.

Располагаемое давление АР равно сумме ветрового и гравитационного давлений:

АР = (k k,) - р:± к (Рн - Рср), (IV.28)

где k\ и 2 - аэродинамические коэффициенты соответственно на входе воздуха в прослойку и на выходе из нее; h - разность высот отверстий для входа и выхода воздуха; рн, рср - плотности наружного и по высоте прослойки воздуха.

Гидравлическими потерями на трение при обычно небольших скоростях V воздуха в прослойке можно пренебречь и учитывать только потери давления в местных сопротивлениях Sg:

AHlp. (IV.29)

Из условия равенства АР и АЯ получим приближенную формулу для определения скорости воздуха в прослойке:

yKEMIKEH., (IV.30)

Для вертикальной прослойки (рис. IV.9) в наружной стене аэродинамические коэффициенты обычно равны: ki=k2 и к местным сопротивлениям относятся только вход и выход с двумя поворотами потока (Sg=3,5). Для этого случая решение упрощается:

у-0,151/ /1(/ср-/н). (IV.31)

Воздух, проходя через прослойку, способен ассимилировать влагу, поступающую из помещения через внутреннюю часть ограждения. Процесс влагопередачи через ограждение с вентилируемой прослойкой аналогичен процессу теплопередачи. В этих процессах (см. рис. IV.9) потенциал влажности 6 воздуха по длине прослойки соответствует температуре t, влагоемкость потока воздуха т]/ -его теплоемкости Св/, показатели проводи-

мости влаги Вв и Вп внутренней и наружной частей ограждения-коэффициентам теплопередачи Къ и Кн-

Расчет влагопередачи через ограждение с воздушной прослойкой при указанном выше соответствии величин аналогичен рассмотренному расчету теплопередачи. Так, по аналогии с уравнением (IV.24)

= е

(IV. 32)

0 - в.п

где бв.п определяют по формуле вида

При расчете влагопередачи можно воспользоваться также графиком (см. рис. IV.8), принимая за относительный избыточный потенциал влажности воздуха в прослойке по оси ординат и по оси абсцисс величину Ах, рассчитанную по характеристикам процесса влагопередачи.

Для режима ассимиляции влаги длина начального участка, на котором происходит заметное изменение потенциала влажности 6 воздуха, равна:

Показатели влагопередачи Вв и Вн конструкции имеют небольшие численные значения, и в отличие от теплового процесса величина Г^ значительно больше протяженности прослойки.

Протяженность прослойки / захватывает только близкий к прямолинейному 2 участок в

самом начале кривой 1 (см. ри€. IV.8). Это обстоятельство позволяет упростить формулу (IV.32) и рекомендовать изменение потенциала влажности воздуха рассчитывать по длине прослойки, пользуясь линейной зависимостью

e.-e ., j B3i:B (IV.34)

Рис. IV.9. Теплопередача и влагопередача через вертикальное ограждение с прослойкой, вентилируемой в результате действия гравитационных сил и ветра

Расчет по формулам (IV.32) - (IV.34), в которых характеристики Бв, йн и Г] приняты неизменными, возможен в пределах

е<ем.м. (IV.35)

Потенциал бм.с t соответствует максимальной сорбци-онной влажности насыщенного воздуха при температуре /. Он является практическим пределом влагоассими-лирующих возможностей воздуха.

Условие ассимиляции влаги воздухом по длине прослойки можно записать неравенством:

е,<ем.с/. (IV. 36)

Это неравенство будет справедливо при больших расходах воздуха (при достаточном проветривании). Расход воздуха через прослойку, необходимый для предупреждения выпадения конденсата, определяют из уравнения (IV.34) с учетом неравенства (IV.36). Требуемый расход воздуха можно обеспечить, изменяя сечение и протяженность продуха, создавая дополнительное гравитационное давление (подогревом воздуха, устройством вентиляционной шахты), используя ветровое давление (с помощью дефлектора, правильным расположением приточного и вытяжного отверстий и др.)-

Рассмотренные положения справедливы при условии предупреждения отсыревания внутренней части конструкции ограждения. Увлажнение наружной части может быть оценено по общей методике (см. гл. П) с учетом изменения потенциала влажности 6 и температуры t воздуха по длине прослойки .

Процессы тепловлагообмена и движение воздуха в прослойке связаны между собой. В реальных условиях влияние влагообмена на теплообмен и на движение воздуха в прослойке незначительно, что позволяет сначала рассматривать только тепловой и воздушный режимы, а затем рассчитывать влагопередачу, задавая условия теплопередачи и воздухообмена.

IV.3. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАТРАТЫ ТЕПЛА В ПОМЕЩЕНИИ НА ИНФИЛЬТРАЦИЮ

В производственных помещениях расход тепла на нагревание холодного воздуха, поступающего через притворы окон, фонарей, дверей, ворот, составляет до 30- 40% от основных теплопотерь, поэтому при расчете теп-

лопотерь производственных помещений специально рассчитывают затраты тепла на нагревание поступающего в помещение холодного воздуха. При определении затрат тепла на нагревание наружного воздуха при инфильтрации расчет воздушного режима здания может быть упрощен. Применительно к промышленным зданиям эта задача подробно исследована В. П. Титовым.

Промышленные здания, как правило, одноэтажны. В многоэтажных промышленных зданиях этажи чаще всего достаточно изолированы друг от друга и их воздушный режим можно рассматривать независимо.

Простейшим является случай, когда помещение не имеет перегородок, отсутствует ветер и инфильтрация происходит под влиянием только гравитационных сил. Перетекание воздуха происходит в основном через щели притворов, но инфильтрацию условно относят к площади окон, а ее интенсивность /, кг/(м2-ч), за счет разности давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждения, ДР, Па (кгс/м^), определяют по формуле

i = BuAP \ (IV.37)

где В и - коэффициент проводимости воздуха конструкцией.

Для помещения с двухсторонним равномерно распределенным остеклением по всей площади наружного ограждения при безветрии среднее количество воздуха, проходящего снаружи через 1 м^ окна, равно:

;о = 0,47В (ЯАр)К (IV.38)

где Buf -коэффициент проводимости воздуха для окна; б? -доля остекленной поверхности наружного ограждения; Н - полная высота ограждения здания.

Разность плотностей наружного рн и внутреннего рв воздуха может быть приближенно заменена разностью их температур:

Ар = Рн - Рв 0,005 (/в - tu), (IV.39)

а выражение (IV.38) преобразовано:

/о = 0,033BdiHAt)2 . (IV.40)

в промышленных зданиях окна часто одинарные и не герметизированы, их проводимость Ви = 27, Тогда

/о =0,9(ЯА02 . (IV.41)

Численный коэффициент здесь должен быть заменен при уплотненном одинарном остеклении на 0,2, при неуплотненном двойном -на 0,6, при двойном уплотненном- на 0,14.

Величину /о по выражению (IV.40) используют как единицу расхода воздуха при расчете более сложных случаев: действие ветра, вентиляции, нетрадиционная

0,161 0.2

0,к 0,5 0,6 0.6 1

				л

0,4 0,6

Рис. IV.IO. Зависимость \и ОТ Pv ДЛЯ одноэтажного здания с двухсторонним остеклением

/-влияние ветра незначительно; - совместное влияние ветра и гравитационных сил

схема здания. Влияние этих дополнительных факторов учитывают поправочным коэффициентом 7п на расход воздуха. Для помещений с односторонним остеклением, например, коэффициент равен 0,5, так как в этом случае инфильтрация происходит только со стороны одного ограждения. На графике рис. IV.10, составленном на основании расчета с помощью ЭВМ воздушного режима одноэтажного промышленного здания с двухсторонним остеклением с учетом действия ветра, приведена зависимость Yn от относительного давления ветра Р^.

При определении относительного перепада давления, создаваемого ветром, за единицу давления принято Я Ар, поэтому

ЯАр

где Ун - скорость ветра; 0,0б (kn-k)

(IV. 42)

ka и кз~ аэродинами-

ческие коэффициенты: с наветренной стороны н = -Ь0,8, с заветренной 3==-ОД

Более сложные случаи: при дебалансе вентиляции, когда здание многопролетное и т. д., решаются анало-

гичным путем с помощью специально рассчитанных коэффициентов 7и.

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

/о = /оТи/н.о. (IV. 43)

где /о -см. формулу (IV.40); Fh.o - суммарная площадь всей поверхности наружных ограждений.

Не менее сложной и важной задачей оказывается определение расхода воздуха при инфильтрации в многоэтажных жилых и общественных зданиях. Применительно к жилым зданиям повышенной этажности этот вопрос подробно изучен В. Е. Константиновой [18] и Н. Н. Разумовым [33]. Ими создана общая методика расчета воздушного режима зданий, построены графики и составлены таблицы, по которым можно рассчитать воздушный режим зданий различной этажности при любых температурах воздуха и скорости ветра.

в многообразии решений, вариантов исходных данных можно найти закономерности, которые позволяют обобщить полученные результаты. Возьмем здания в (5-20) этажей с типовыми конструктивно-планировочными решениями. Учитывая однотипность и в основном пофасадную ориентацию помещений, при расчете инфильтрации следует принять для всех помещений наибольшие (расчетные) расходы воздуха, для наветренной стороны при расчетных для зимнего режима температуре наружного воздуха и скорости ветра (в этом случае расходы наибольшие, а поэтому расчетные). Анализ таким образом ограниченного круга данных показывает, что изменение расходов воздуха по высоте здания при данных /н и Vn имеет практически линейную зависимость. Поэтому достаточно определить значения расходов для нижнего и верхнего этажей. Ниже приведены аналитические зависимости, аппроксимирующие расчетные данные.

Количество воздуха /вер, кг/(м2-ч), проникающего через 1 м^ окна в верхнем этаже наветренной стороны N-этажного здания при определенных /н и равно:

/вер = (4 + о, 15iV) 10-2 (у^ + 5 ~ 0,1/н). (IV.44)

Для нижнего (первого) этажа количество воздуха /ниж = 7-10-24 (4 +0,5iV) 10-2 + 0,25iV + 4,5. (IV.45)

Для промежуточного этажа п величина jn равна:

/ниж-/вер

Jn = /ниж - Гт-- (1V 46)

Следует иметь в виду, что предлагаемые формулы приближенны. Однако точность их (ошибка 10-15%) достаточна для расчета потерь тепла на инфильтрацию.

Расчет дополнительных затрат тепла на нагрев наружного воздуха, попадающего в помещение, производится по формулам п. 2 данной главы. При этом следует иметь в виду следующие соображения. Наибольшие теплопотери от инфильтрации (до 30-40%) связаны с наличием окон, особенно в промышленных зданиях, в которых притворы окон не заклеивают на зиму. Затраты тепла на инфильтрацию через стыки составляют до 3- 5% основных теплопотерь, через толщу ограждения они еще меньше. Инфильтрацию в двух последних случаях следует учитывать при теплотехническом расчете ограждений, так как она приводит к значительному понижению температуры внутренней поверхности ограждения. Вентилирование воздушной прослойки в конструкции ограждения наружным воздухом также увеличивает теплопотери и понижает температуру внутренней поверхности ограждений.

ГЛАВА V ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ПОМЕЩЕНИЯ

Тепловой режим помещения определяется поступлениями или потерями тепла через наружные ограждения, работой отопительно-охладительных и вентиляционных систем, бытовыми и технологическими тепловыделениями, а также теплофизическими свойствами ограждений, оборудования и др. Изменения потоков тепла от источников и стоки тепла обычно имеют периодический характер и часто могут быть представлены в виде повторяющихся колебаний, поэтому и тепловой режим помещения изменяется периодически.

С помощью системы кондиционирования микроклимата ассимилируются избытки тепла, компенсируются его потери и поддерживаются относительно постоянными температура и другие параметры микроклимата по-

мещения. В помещениях, в которых температуру не поддерживают постоянной, под влиянием колебаний поступлений и потерь тепла она периодически изменяется. Эти изменения температуры зависят от характера тепловыделений и тепловых свойств помещения.

По характеру изменения во времени все возможные виды поступлений и потерь тепла можно разделить на гармонические и прерывистые. Поступления тепла за счет разности температур через ограждения или с наружным воздухом достаточно точно можно считать правильными гармоническими. Проникающая через окна солнечная радиация или поступления тепла от технологических источников при их сменной работе имеют четко выраженный прерывистый характер. Более сложные случаи могут быть представлены в виде нескольких прерывистых гармонических поступлений.

В анализе теплоустойчивости помещения следует учитывать специфику участия в процессе лучистой и конвективной составляющих теплообмена. Она состоит в разной последовательности передачи тепла воздуху и поверхностям помещения этими составляющими. Конвективное тепло поступает в воздух и от него передается поверхностям, обращенным в помещение. Температуры поверхностей и воздуха несколько различны, и их изменения не совпадают во времени; лучистое тепло поступает непосредственно на поверхности и изменяет их температуру. Воздух практически не участвует в лучистом теплообмене, поэтому колебания его температуры по значению и во времени в этом процессе следуют за колебаниями температуры поверхностей.

При расчете теплоустойчивости помещения можно пользоваться методом наложения (суперпозиции). Такая возможность вытекает из рассмотрения полной физико-математической постановки задачи. Наложение частных результатов для получения общего удобно проводить по правилу аналитического сложения гармонических колебаний. Использование метода наложения и правила сложения позволяет решить задачу по определению теплоустойчивости помещения простыми и доступными для инженерной практики приемами. Появляется возможность отдельно рассмотреть действие каждой составляющей гармонического и прерывистого поступления лучистого или конвективного тепла, установить вызванные ими колебания температуры воздуха и поверх-

ностей и после этого получить совместный эффект действия всех источников и стоков тепла на тепловой режим помещения.

V.1 .ПОКАЗАТЕЛИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ПОМЕЩЕНИЯ

Для расчета изменения теплового режима помещения (температуры воздуха и его радиационной температуры) необходимо определить показатели теплоусвоения и теплопоглощения помещения. При уточнении их значений необходимо учесть особенности конвективного и лучистого теплообмена, воздухообмен, а также наличие в помещении оборудования и др.

Показатель теплоусвоения

Показатель теплоусвоения помещения определяет изменение температуры внутренних поверхностей под влиянием лучистых и конвективных поступлений тепла. Мебель и оборудование, имея развитую поверхность и частично экранируя ограждения, могут несколько изменить радиационную температуру помещения. Однако при определении показателя теплоусвоения помещения их влияние, как правило, можно не учитывать. В качестве показателя теплоусвоения помещения Уп принимают характеристику теплоусвоения внутренних поверхностей ограждений Уогр, считая, что только их температурой определяется радиационная температура помещения:

Knrorp = 2F,F,. (V.1)

Показатели теплоусвоения отдельных ограждений У{ являются векторами (обозначено точкой), и для полного их определения наряду с величинами У{ (модуль) нужно знать характеристики их положения во времени у. (аргумент). Величиной е^, ч, определяют отставание во времени изменений температуры поверхности от изменений проходящего через поверхность теплового потока (рис. V.1). Сложение величин отдельных ограждений для получения Уп в формуле (V.1), строго говоря, нужно проводить с учетом их несовпадения во времени, но в инженерном расчете обычно складывают модули У{.

*) См. примеч. на с. 178. 174

1 ... 14 15 16 17 18 19 20 ... 25